Вперше висвітлено фундаментальні розробки експериментально-аналітичних основ започаткованого нового наукового напряму: пластичну формозміну реологічно складних (PC) - динамічно знеміцнюваних - металів. Матеріали численних досліджень систематизовано та поєднано загальною назвою: "Реометаліка". В її рамках вперше запропоновано нову теорію наукових досліджень процесів прокатки, які відрізняються складністю пластичного навантаження, та розробки нового покоління спеціалізованої лабораторії фізичного моделювання. У розвиток методів експериментальної механіки описано принципово нові лабораторні комплекси: поляризаційно-оптичний; човниково-кулачкової пластометрії; дослідницьких прокатних станів; автоматизованих систем для реалізації та вивчення складних нестаціонарних, а також асиметричних процесів. Описано створені на основі вимог теорії експерименту нові матеріали: подвійно променезаломлюючі високомодульні - оптичні стекла та низькомодульні - епоксидні композити для моделей валків; свинцеві сплави - реологічні моделі сталей. Презентовано вперше у світі створені оптично чутливі прозорі скляні прокатні валки, чим вирішено проблему моделювання складних процесів гарячої прокатки. Висвітлено науково новітні результати фізичного моделювання процесів гарячої прокатки в скляних валках. Ефективно використовується найбільш досконалий і єдиний візуалізуючий метод дослідження напружень - поляризаційно-оптичний. Наведено результати досліджень фундаментальних особливостей розвитку деформацій реологічно різних металів при складних видах навантаження. Описано виявлені невідомі раніше явища та закономірності пластичного плину металів: динамічна анізотропія знеміцнення; аномалії деформацій; інтерференція нерегулярних автоколивань прокатного осередку деформації в "ядрах" максимальної напруженості полів валків і ін. В рамках нового наукового напряму наведено експериментальні рішення проблем: встановлення закономірностей нестаціонарного пластичного плину металу при формуванні високого осередку деформації; розкриття природи розширення металу та ін. Висвітлено реалізовані на фізичних моделях і натурно нові принципи побудови способів прокатки PC металів: надвеликі деформації в режимах знеміцнення металу; виключення шкідливого явища - розширення металу в пластичному осередку деформації.

Фізичним моделюванням вивчено процеси теплообміну між розплавом і валковим кристалізатором при валковій розливці-прокатці металів. На основі теоретичного аналізу теплообмінних процесів між бандажем валкового кристалізатора та охолоджувальною водою визначено можливі важелі їх інтенсифікації: швидкість руху теплоносія, площу та рельєф поверхні тепловідведення. Встановлено закономірності зміни параметрів теплообміну між металом, що твердіє, і водою, що охолоджує кристалізатор, залежно від способів впливу на нього. Показано, що помітне підвищення темпу тепловідведення спостерігається у разі зростання швидкості руху води до певного рівня (до 2,5 м/с). А при збільшенні площі тепловідведення ступінь інтенсифікації теплообмінних процесів в кристалізаторі не залежить від швидкості руху води. Підвищення інтенсивності теплообмінних процесів у кристалізаторі при штучній шорсткості поверхні теплообміну полягає в тому, що за набігання потоку рідини на виступ за ним утворюється вихор, що руйнує структуру в'язкого підшару, турбулізуючи його. Внаслідок цього у разі незмінної швидкості руху рідини в'язкий ламінарний підшар повністю руйнується або зменшується за товщиною, що сприяє підвищенню коефіцієнта тепловіддачі без збільшення гідравлічних втрат. Таким чином, встановлено, що з розглянутих варіантів інструментарію найоптимальнішим з погляду прискорення теплообмінних процесів є метод наведення штучної шорсткості на бандажах валків. Показано, що поряд з інтенсифікацією тепловідведення цей спосіб, за рахунок турбулізації в'язкого ламінарного підшару води, суттєво знижує утворення накипу на теплообмінній поверхні. І це, своєю чергою, збільшує періоди профілактичного обслуговування кристалізаторів. На основі одержаних результатів запропоновано практичні рекомендації щодо підвищення ефективності теплової роботи валкового кристалізатора при валковій розливці-прокатці металів.

Показано, що використання під час прокатки заліза замість води водних емульсій МОР (мастильно-охолоджуючих рідин) з антизносними та протизадирними органічними присадками, які містять в молекулі активні атоми фосфору, сульфуру і хлору, не тільки знижує зусилля прокатування, але також може суттєво впливати на фізико-механічні властивості готової продукції. У певних випадках МОР можуть робити приповерхневі шари прокатаного металу більш крихкими, в інших - призводити до підвищення їх пластичності. Встановлено, що важливим фактором впливу вибору технологічного середовища на характеристики руйнування, міцності та пластичності заліза після прокатки є суттєва зміна в ході інтенсивної пластичної деформації хімічного складу границь зерен і їх фрагментів. Досліджено еволюцію хімічного складу приграничних областей границь зерен і їх фрагментів під час прокатки за рахунок насичення поверхневих шарів смуг заліза активними хімічними елементами МОР і перерозподілу домішкових атомів вихідного металу. Визначено індивідуальне найближче атомне оточення домішкових атомів приграничних областей зерен і їх фрагментів, яке формується внаслідок внутрішньої адсорбції в умовах розвиненої пластичної деформації під час прокатки. Вивчено вплив активних хімічних елементів робочого середовища і домішкових атомів вихідних металів на електронну структуру і характер міжатомних зв'язків у приграничних областях зерен і їх фрагментів. Досліджено механізм їх впливу на фізико-механічні властивості матеріалу після прокатки в МОР з активними хімічними елементами.

Вперше висвітлено експериментально-аналітичні основи започаткованого автором нового наукового напряму: пластична формозміна реологічно складних (РС) - динамічно знеміцнюваних - металів. Матеріали численних досліджень систематизовано та поєднано загальною назвою: "Реометаліка". В її рамках вперше наведено теорію наукових досліджень процесів прокатки, які відрізняються складністю пластичного навантаження, та розробки нового покоління спеціалізованої лабораторії фізичного моделювання. У розвиток методів експериментальної механіки описано принципово нові лабораторні комплекси: поляризаційно-оптичний; човниково-кулачкової пластометрії; дослідницьких прокатних станів; автоматизованих систем для реалізації та вивчення складних нестаціонарних, а також асиметричних процесів. Описано створені на основі вимог теорії експерименту нові матеріали: подвійно променезаломлюючі високомодульні - оптичні стекла та низькомодульні - епоксидні композити для моделей валків; свинцеві сплави - реологічні моделі сталей. Наведено результати досліджень фундаментальних особливостей розвитку деформацій реологічно різних металів при складних видах навантаження. Описано виявлені автором невідомі раніше явища та закономірності пластичного плину металів: динамічна анізотропія знеміцнення; аномалії деформацій; інтерференція нерегулярних автоколивань прокатного осередку деформації в "ядрах" максимальної напруженості полів валків і ін. У рамках нового наукового напряму наведено експериментальні рішення проблем: установлення закономірностей нестаціонарного пластичного плину металу при формуванні високого осередку деформації; розкриття природи розширення металу та ін. Висвітлено реалізовані на фізичних моделях і натурно нові принципи побудови способів прокатки РС металів: надвеликі деформації в режимах знеміцнення металу; виключення шкідливого явища - розширення металу в пластичному осередку деформації.

Розглянуто вирішення важливої науково-технічної проблеми, яка полягає в розробленні алгоритмів і програмних засобів аналізу оптичних зображень поверхні матеріалів, що забезпечують підвищення точності визначення технологічних дефектів поверхні листового прокату, а також обчислення параметрів, які кількісно їх характеризують. Наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень, які представлені у різних форматах, для кращого сприйняття науково-технічними працівниками, котрі займаються вирішенням проблемних питань. Висвітлено огляд відомих рішень для виявлення дефектів металевих поверхонь за їх зображеннями та вибір методики дослідження. Окреслено автоматизовані системи контролю дефектності поверхні металопрокату. Описано застосування алгоритмів машинного навчання для дослідження та контролю поверхонь за допомогою зображень. Систематизовано класифікацію дефектів на поверхні сталі за допомогою глибоких залишкових нейронних мереж.

Увагу приділено розробці нових і вдосконаленню існуючих математичних моделей теплових процесів у металургії, зокрема температурних розподілів одно та двошарових валків прокатних станів і валкових кристалізаторів, нелінійних початково крайових задач, що виникають у цих моделях та обчислювальних методів їх розв'язку. Розглянуто нові й удосконалені математичні моделі температурних розподілів на поверхні та в тілі одношарових, двошарових і тришарових валків прокатних станів під час прокатки стрічки та профілів й у валкових кристалізаторах. Сформульовано нові крайові умови теплообміну з використанням умови теплового балансу одного із шарів на границі шарів із різними теплофізичними характеристиками у вигляді крайової умови імпедансного типу. Проведено чисельні експерименти та побудовано графіки температурних розподілів поверхні валків прокатного стану та температурних розподілів виробів, що мають складну геометричну форму.

Індекс рубрикатора НБУВ: К621-122

Рубрики:

Прокатне виробництво

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

С позиций классических подходов в областях механики вязкой жидкости и обработки металлов давлением разработана теория прокатки, учитывающая гидродинамические эффекты смазки, микрорельеф поверхностей валков и деформируемого металла. Показаны закономерности поступления смазки в очаг деформации с учетом влияния шероховатости валков и прокатываемого металла. Предложены математические модели процесса прокатки при жидкостном и полужидкостном режимах трения. Рассмотрено влияние смазки и параметров процесса прокатки на величину коэффициента трения в очаге деформации. Раскрыты закономерности формирования микрорельефа поверхности деформируемого металла. Показаны способы обеспечения заданного микрорельефа металлопродукции в промышленных условиях. Раскрыты возможности и даны рекомендации по выбору рациональной технологии процессов горячей и холодной прокатки со смазкой тонких полос, жести, труб из черных и цветных металлов, улучшению качества микрорельефа металлопродукции.

Наведено загальну характеристику будови кристалів, аморфних і металічних тіл, описано їх поведінку за умов пластичної деформації. Розглянуто методику визначення роботи та потужності прокатування. Виконано теоретичне дослідження перетворення твердої кристалічної сталі у в'язко-пластичний стан під дією зовнішнього тиску під час прокатування смуги між валками. Наведено методику розрахунку об'єму осередку деформації під час холодного та гарячого прокатування середньовуглецевих сталей. Визначено розрахунками тривалість перебування металу в осередку деформації, його матеріальний та енергетичний баланси. Наведено реологічну характеристику потоку сталі, яка визначається критеріями Рейнольдса та Фруда. Обгрунтовано та підтверджено величини раніше визначених температур в осередку деформації під час поздовжнього прокатування прямокутної штаби.

Запропоновано схему управління швидкісним режимом прокатки з програмним управлінням натягу прокату в чорновій групі клітей. Одержано оригінальне вираження, для обчислення натягу прокату, засноване на законах пружною деформації смуги. Частина параметрів цього виразу визначається за таблицями калібрування, частина - прямим виміром. Виконання системи автоматичного управління на основі запропонованої методики дозволяє здійснювати прокатку з контрольованим натягом.

С помощью метода трансмиссионной электронной микроскопии исследовано влияние введения в воду концентратов смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) с противозадирными органическими присадками, содержащими в молекуле активные атомы фосфора, серы и хлора, на микроструктуру и фазовый состав прокатанного железа. С применением метода оже-электронной спектроскопии изучена эволюция химического состава приграничных областей зерен и их фрагментов при развитой пластической деформации металла в ходе прокатки за счет насыщения его поверхностных слоев активными химическими элементами СОЖ и перераспределения примесных атомов исходного металла. С применением метода спектроскопии высокого разрешения энергетических потерь рассеянных электронов определено индивидуальное ближайшее атомное окружение атомов примеси в приграничных областях зерен и их фрагментов.

Исследовано влияние нелинейной зависимости момента технологической нагрузки на динамические процессы в прокатных станах (ПС). Установлено, что переменный характер технологической нагрузки, которая учитывает разность коэффициентов трения на поверхности заготовки, в ряде случаев приводит к возбуждению автоколебаний, а также неустойчивых колебаний в валопроводах ПС.

Величина изгиба опорного валка в значительной мере обусловлена степенью свободы перемещения в вертикальной плоскости шеек относительно подушек. Предложена конструкция валков клети кварто с коническими шейками под подшипники качения, которые обеспечивают повышение стойкости подшипников и улучшение условий регулирования межвалкового зазора. Предложена конструкция обводного ролика с регулярным рельефом поверхности, которая может обеспечить выравнивание продольных напряжений натяжения по ширине полосы и улучшение качества формирования рулона.

Проведено исследование процесса прокатки, построение его математической модели и синтез на основе полученных результатов исследования и данных диагностического комплекса привода стана 650 системы оптимального раскроя заготовки. Выполнено математическое моделирование поведения системы, а также построение и расчет диагностической модели для оценки технического состояния системы измерения длины проката. Данный метод расчета и моделирования системы управления комплексом продемонстрировал, что в условиях неявности связей между параметрами элементов необходимо оценивать те параметры, влияние которых на работу системы является наибольшим. Выполненные расчеты и проведенное моделирование поведения системы при различных тестовых воздействиях подтвердили необходимость проведения оценки технического состояния подобных рассматриваемом у объектов предложенным способом. Предложенный способ оценки технического состояния может рекомендоваться как второй этап диагностирования после проведения оценки работоспособности с использованием дискретного метода на основе использования таблицы функций неисправностей. Результаты исследования позволили реализовать функции диагностики и создать предпосылки к применению превентивного подхода обслуживания электрооборудования прокатных цехов.

Цель работы - на основе анализа состояния теории прокатки, с учетом фундаментальных исследований автора, показать актуальность развития нового научного направления - пластического формоизменения реологически сложных (РС) металлов. Рассмотрены основополагающие постулаты классической теории Т. Кармана. Проанализированы возможности математических теорий пластичности. Выводы подтверждены результатами новейших теоретически обоснованных экспериментов. Показано, что постулаты теории прокатки ошибочны или устарели. Теория не способствует созданию принципиально новых технологий XXI в. Перспективным является развитие нового научного направления - пластического формоизменения РС металлов. Его основа - физическая теория пластичности и всесторонне обоснованный эксперимент. Обнаруженные автором неизвестные ранее явления и закономерности пластического течения металла при больших деформациях. Впервые за 150 лет исследований раскрыт "секрет" высокого прокатного очага деформации. Впервые в мировой практике создан уникальный процесс прокатки РС металлов (пионерский патент). Он реализован в лабораторных условиях и рекомендован к промышленному освоению.

Рассмотрены новые подходы к определению энергетических параметров прокатки на основе метода конечного объема. Новый подход представляет собой разработку метода FINC, основанного на опрелении вытесненного объема. Результаты теоретических и экспериментальных исследований трансформации объема в зоне деформации являются основой нового подхода. Разработан метод прямого определения момента прокатки, он основан на новых моделях сдвигов объемов металла и принципе равенства работ внешних и внутренних сил.

Предложен экспериментальный метод определения силы прокатки, который может заинтересовать исследователей и практиков прокатки металлов.

Приведены результаты исследований, позволивших на примере неполной сферической поверхности головки шаровых пальцев решить задачу повышения равномерности распределения значений параметров микронеровностей при поверхностном пластическом деформировании за счет разработки процесса планетарно-поворотной обкатки (ППО). Промышленно реализованная технология ППО дала возможность уменьшить значения параметров шероховатости и увеличить производительность процесса прокатки.

Исследованы картины течения расплава в межвалковом зазоре двухвалкового кристаллизатора при вертикальной подаче металла через щелевой питатель и насадку. Жидкий металл рассмотрен как линейная вязкая среда. Компьютерное моделирование проведено с применением программы Comsol. Приведены и проанализированы результаты расчетов поля скоростей течения расплава.

Проведены расчет и выбор коэффициента скорости кристаллизации для стали и алюминия в условиях использования технологии валковой разливки-прокатки, а также выполнен сравнительный анализ этих коэффициентов для затвердевания слитков при валковой разливке-прокатке металлов.