Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах
Проведен анализ влияния основных параметров процесса валковой разливки-прокатки на скорость разливки алюминиевой и стальной полосы. Представлены максимальные расчетные скорости разливки металла, показано сравнение их с промышленными машинами, эксплуатируемыми в настоящее время. Проведено аналіз впли...
Saved in:
| Published in: | Процессы литья |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132913 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах / А.В. Ноговицын, И.Р. Баранов // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 54-59. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859479362251784192 |
|---|---|
| author | Ноговицын, А.В. Баранов, И.Р. |
| author_facet | Ноговицын, А.В. Баранов, И.Р. |
| citation_txt | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах / А.В. Ноговицын, И.Р. Баранов // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 54-59. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Проведен анализ влияния основных параметров процесса валковой разливки-прокатки на скорость разливки алюминиевой и стальной полосы. Представлены максимальные расчетные скорости разливки металла, показано сравнение их с промышленными машинами, эксплуатируемыми в настоящее время.
Проведено аналіз впливу основних параметрів процесу валкової розливки-прокатки на швидкість розливання алюмінієвої і сталевої смуги. Представлено максимальні розрахункові швидкості розливання металу, показано порівняння їх з промисловими машинами, які експлуатуються в даний час.
This paper analyzes the influence of the main parameters of the process of casting a roll-on roll casting speed aluminum and steel strip. Also presented a maximum design speed metal casting and comparison with currently operating industrial machines.
|
| first_indexed | 2025-11-24T11:44:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98)
НОВЫЕ МЕТОДЫ И ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ
УДК 621.771.23.669.71
А. В. Ноговицын, И. Р. Баранов
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
СКОРОСТЬ ЛИТЬЯ АЛЮМИНИЕВЫХ И СТАЛЬНЫХ ПОЛОС
НА ДВУХВАЛКОВЫХ МАШИНАХ
Проведен анализ влияния основных параметров процесса валковой разливки-прокатки на
скорость разливки алюминиевой и стальной полосы. Представлены максимальные рас-
четные скорости разливки металла, показано сравнение их с промышленными машинами,
эксплуатируемыми в настоящее время.
Ключевые слова: валковая разливка-прокатка, зоны кристаллизации и деформации, меж-
валковое пространство, пластическая деформация, фронт кристаллизации.
Проведено аналіз впливу основних параметрів процесу валкової розливки-прокатки на
швидкість розливання алюмінієвої і сталевої смуги. Представлено максимальні розрахункові
швидкості розливання металу, показано порівняння їх з промисловими машинами, які
експлуатуються в даний час.
Ключові слова: валкова розливка-прокатка, зони кристалізації та деформації, міжвалковий
простір, пластична деформація, фронт кристалізації.
This paper analyzes the influence of the main parameters of the process of casting a roll-on roll
casting speed aluminum and steel strip. Also presented a maximum design speed metal casting
and comparison with currently operating industrial machines.
Keywords: roller casting-rolling, crystallization zone, the zone of deformation, the roll space, plastic
deformation, the crystallization front.
Непосредственное получение полосы с помощью двухвалкового литья стало
обычной практикой в алюминиевой промышленности. По данным работы [1]
около 170 двухвалковых машин сейчас находятся в эксплуатации. В сталелитей-
ной промышленности исследования и разработки направлены на начало широкого
внедрения двухвалковых установок для литья стальной полосы [2-3]. Важнейшим
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 55
Новые методы и прогрессивные технологии литья
параметром технологии валковой разливки, определяющим качество полосы и
производительность установки, является скорость вращения валков-кристалли-
заторов. Литературные данные о достигнутых и расчетных скоростях разливки
весьма противоречивы. Так, в работе [1] отмечается, что в алюминиевой про-
мышленности двухвалковые машины эксплуатируются со скоростью, которая
в 40-60 раз меньше, чем предсказано теоретически. Существенно различаются
данные и о достигнутых скоростях разливки стальных полос [2].
Отмеченные факты связаны с тем, что процесс получения полосы в валковом
литейно-прокатном агрегате является своеобразным. Металл при валковой раз-
ливке-прокатке, согласно известным сложившимся представлениям [4], проходит
три зоны в межвалковом пространстве (рис. 1).
В зоне I происходит интенсивная передача тепла от жидкого расплава к водо-
охлаждаемым валкам-кристаллизаторам. На начальном участке этой зоны при кон-
Рис. 1. Схема сечения межвалкового пространства при
прохождении жидкого металла в процессе валковой
разливки-прокатки по В. Клосу [6]
56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
такте охлажденных валков с расплавом, перегретым выше температуры ликвидуса,
не происходит формирование слоя затвердевшего металла на их поверхности. Эта
подобласть характеризуется незначительной протяженностью и максимальными
значениями скорости охлаждения по длине зоны кристаллизации-деформации.
В зона II после образования на поверхности валка сплошной корки затвердев-
шего материала начинается участок, на котором со стороны обоих валков проис-
ходит ее рост. Для этой подобласти характерно уменьшение значения величины
теплового потока на границе металл-валок до достижения его минимума. Во второй
зоне выделяется подобласть, в которой металл находится в полужидком состоянии.
Температура металла на этом участке лежит между температурами ликвидуса и
солидуса. Зарождающиеся и растущие навстречу друг другу столбчатые дендриты
стыкуются, определяя протяженность зоны кристаллизации. При контакте металла
с валком из-за контакта между дендритами растет давление, что приводит к ин-
тенсификации теплоотбора к валкам-кристаллизаторам.
В зоне III происходит деформация кристаллов и начинается отрыв заготовки от
поверхности валка-кристаллизатора. В зоне деформации жидкая фаза полностью
отсутствует. Здесь по аналогии с процессом горячей прокатки листов осуществля-
ется пластическое формоизменение металла между вращающимися валками.
Из приведенного следует, что процесс валковой разливки-прокатки включает в
себя много сложных взаимодействующих физических явлений, таких как поток жид-
кости, теплообмен, затвердевание, воздушный зазор между валкам формирования
полосы, а также механическая деформация, каждый из которых происходит в очень
короткий период. Очень важной задачей является оценка влияния всех параметров
процесса на производительность и качество конечного продукта.
При получении полос толщиной 10 мм из легкоплавких металлов с низким сопро-
тивлением деформации, например, алюминия [5], протяженность зоны деформации
вследствие заниженных скоростей разливки составляет 0,6-0,8 длины общей про-
тяженности всех трех зон. Обжатие полосы в зоне деформации достигает 40-60 %.
При разливке стальных полос валки-кристаллизаторы не в состоянии обеспечить
большие обжатия из-за недостаточной прочности и жесткости бандажей. Поэтому
скорости разливки стальных полос на практике гораздо выше, чем у алюминие-
вых. Повышенные скорости разливки стальных полос приводят к уменьшению от-
носительной протяженности зоны деформации до 10 %, а обжатие полосы в зоне
деформации не превышает 15 %.
Важной характеристикой процесса формирования полосы в валковом кристал-
лизаторе является положение точки конца затвердевания относительно плоскости
оси валков (точки «S»), см. рис. 1.
Идеальна ситуация, когда затвердевание завершается в плоскости осей валков.
Если точка «S» значительно выше плоскости осей валков, усилие на валки резко
возрастает и необходимо иметь более высокую установленную мощность привода
и прочность конструкции валков-кристаллизаторов. Наоборот, если фронт кристал-. Наоборот, если фронт кристал-
лизации (точка «S») соответственно ниже при литье сверху и выше при литье снизу,
происходит образование жидкой лунки, что приводит к деформации с жидкой
сердцевиной и вытекающими отсюда последствиями – усилением ликвационных
процессов в полосе.
Известно, что образование и рост металлической корки во второй зоне меж-
валкового пространства с достаточной степенью достоверности можно описать
функцией квадратного корня
δ t= ,k (1)
где k – коэффициент кристаллизации, мм/с0,5 ; t − время, с.
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 57
Новые методы и прогрессивные технологии литья
В предыдущих работах авторами был получен простой математический метод
определения протяженности зоны кристаллизации-деформации, а также коэф-
фициенты кристаллизации для алюминия (k = 7,4 мм/с0,5) и стали (k = 4 мм/с0,5),
максимально приближенные к экспериментальным данным. Для анализа и оценки
полученных результатов были использованы данные исследований А. Касама и
других [5], для валковой разливки-прокатки стали − С. Берковича [7], для алю-
миния − А. Ю. Гридина [8].
Располагая данными различных параметров машин валковой разливки-прокат-
ки и коэффициентами кристаллизации металла, в данной работе провели анализ
влияния этих параметров на скорость разливки.
В работе [9] указано, что степень деформации, обеспечивающая хорошее каче-
ство металла при обработке стали, должна составлять не менее 15 %. Для алюминия
и его сплавов согласно данным [10] затвердевшую полосу в валковом кристалли-
заторе необходимо обжать как минимум на 20-30 %.
На рис. 2 показаны результаты расчета скоростей разливки стальных и алюми-
ниевых полос различной толщины от 1 до 5 мм с обжатием 15 и 30 % при различных
значениях диаметра валков. Из полученных данных следует, что валковая разливка-
прокатка с относительным обжатием приводит к заметному снижению скорости
разливки. Так, для алюминиевой полосы толщиной 1 мм при обжатии 30 % в валках
С
ко
р
о
ст
ь
р
аз
ли
вк
и
, м
/м
и
н 4000
2000
2500
3000
3500
0
500
1000
1500
Толщина полосы на выходе, мм
1 2 3 4 5
Алюминий
1200
200
400
800
1000
0
600
С
ко
р
о
ст
ь
р
аз
ли
вк
и
, м
/м
и
н
Толщина полосы на выходе, мм
Сталь
С
ко
р
о
ст
ь
р
аз
ли
вк
и
, м
/м
и
н
1200
600
800
1000
200
400
0
Толщина полосы на выходе, мм
Сталь (обжатие 15 %)
С
ко
р
о
ст
ь
р
аз
ли
вк
и
, м
/м
и
н
4000
3000
1500
2000
2500
3500
1000
500
0
1 2 3 4 5
Толщина полосы на выходе, мм
Алюминий (обжатие 30 %)
Рис. 2. Зависимость расчетной максимальной скорости разливки металла от толщины
выходной полосы для различных диаметров валков: а − с обжатием; б − без обжатия
а б
58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98)
Новые методы и прогрессивные технологии литья
диаметром 500 мм скорость разливки снижается с 1125 до 484 м/мин, а для стальной
полосы толщиной 2 мм при обжатии 15 % − с 164 до 52 м/мин.
На рис. 3 приведены зависимости расчетной скорости разливки стальных
полос различной толщины (hп) в валках-кристаллизаторах с радиусом R = 500 мм
при значениях угла контакта металла с валком α = 10, 20 и 300 без деформации и
с деформацией 15 %. Как видно из полученных данных, увеличение угла контакта
металла с валком α (уровня заливки металла) приводит к росту максимальной
расчетной скорости разливки-прокатки. Для полосы толщиной 1 мм, полученной
как с нулевым обжатием так и с обжатием 15 %, увеличение угла кристаллизации-
деформации на 100 приводит к росту максимальной предельной скорости в 2 раза.
Следует отметить, что полученные результаты расчетных предельных скоростей
разливки-прокатки для стальных полос соотносятся с рабочими параметрами
существующей коммерческой установки компании �����, запущенной в эксплуа-�����, запущенной в эксплуа-, запущенной в эксплуа-
тацию в 2002 г. Так, рабочий диаметр валков установки Cast�ip составляет 500 мм,
толщина полосы − 1,6 мм, основная рабочая скорость разливки − 80 м/мин. Приняв
во внимание данные параметры, с помощью графиков, приведенных на рис. 2, можно
увидеть, что литье полосы происходит примерно с 15 %-ным обжатием.
По итогам проведенного анализа влияния различных параметров процесса вал-
ковой разливки-прокатки на скорость разливки можно сделать следующие выводы:
− скорость валковой разливки-прокатки металлических полос наиболее суще-
ственно зависит от толщины получаемых полос, диаметра валков-кристаллизато-
ров, соотношения протяженности зон кристаллизации и деформации – величины
обжатия затвердевшего металла;
− уровень заливки металла (угол кристаллизации-деформации) в значительной
степени влияет на производительность процесса;
− полученные результаты анализа могут быть использованы при проектировании
валковых литейно-прокатных агрегатов (ВЛПА) и разработке технологий получения
на ВЛПА металлических полос толщиной 1-5 мм.
Рис. 3. Зависимость расчетной максимальной скорости стальных полос (K = 4 мм/с)0,5 раз-
личной толщины (h
п
) от угла зоны кристаллизации – деформации α, для радиуса валков
R = 500 мм и различной степени деформации
1200
600
800
1000
1 2 3 4 5
0
200
400
Толщина полосы на выходе, мм
С
ко
р
о
ст
ь
р
аз
ли
вк
и
, м
/м
и
н
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 2 (98) 59
Новые методы и прогрессивные технологии литья
1. B. Q. Li. P��d��ing thin St�ips by Twin-��ll Casting Pa�t l: P���ess Aspe�ts and Q�ality Iss�es.
//J���nal �f Metals. − 1995. − № 5. − P. 29-33.
2. Матвеев Б. Н. Непрерывная отливка тонких полос на микрозаводах с применением валковых
кристаллизаторов // Производство проката. − 2004. − № 3. – С. 44-47; 2004. − № 4. −
С. 33-41.
3. The Cast�iр P���ess – an Update �n P���ess Devel�ped at ����� Steel’s Fi�st C�mme��ial St�ip
Castility / V. S�h�e�en, P. Campbell, W. Blegde et. al. // I��n &Steel Te�hn�l�gy. − 2008. − № 7.
− P. 64-70.
4 Twin-d��m Casting P���ess f�� Stainless Steel St�ip: Inte�nati�nal C�nfe�en�e �n �ew S�nelting
Red��ti�n and �ea�-�et-Shape Casting Te�hn�l�gy f�� Steel / A. Kasama, S. Tanaka, Y. It�hi et.el.
− 1990. − P. 643-652.
5. Черняк С. Н., Коваленко П. А., Симонов В. Н. Бесслитковая прокатка алюминиевой ленты. –
М.: Металлургия, 1976. – 136 с.
6. Klos W. D�nnbandgieβen mit va�iablem Gieβspalt // Z�gl.:Aa�hen, Te�hn. H��hs�h.,Diss 2004.
− S. 29-33.
7. Berkovici S. J. Optimisati�n �f 3C R�ll Caste� by A�t�mati� C�nt��l // P���. �f C�nfe�en�e “Light
Metals”, TMS. – �ew Y��k,1985. – P.1285-1299.
8. Гридин А. Ю. Экспериментальный метод определения длины зоны деформации при непре-
рывной валковой разливке-прокатке // Вестник национального технического университета
«ХПИ». – 2010. – Вып. 42. − С. 48 58.
9. Бровман М. Я., Николаев В. А., Полухин В. П Протяженность зоны пластической деформации
и допустимая скорость при бесслитковой прокатке // Металлы. − 2007. − № 1. − С. 44-49.
10. Ferry M. Di�e�t St�ip Casting �f Metals and All�ys. – Camb�idge: W��dhead P�blishing Limited,
2006. – 292 p.
Поступила 18.02.2013
************************************************************
Уважаемые подписчики!
Подписаться на журнал «Процессы литья»
через Интернет
можно на сайте ГП «Пресса» www.presa.ua
с помощью сервиса «Подписка On-line».
***********************************************************************
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-132913 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T11:44:30Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ноговицын, А.В. Баранов, И.Р. 2018-05-15T18:01:45Z 2018-05-15T18:01:45Z 2013 Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах / А.В. Ноговицын, И.Р. Баранов // Процессы литья. — 2013. — № 2. — С. 54-59. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132913 621.771.23.669.71 Проведен анализ влияния основных параметров процесса валковой разливки-прокатки на скорость разливки алюминиевой и стальной полосы. Представлены максимальные расчетные скорости разливки металла, показано сравнение их с промышленными машинами, эксплуатируемыми в настоящее время. Проведено аналіз впливу основних параметрів процесу валкової розливки-прокатки на швидкість розливання алюмінієвої і сталевої смуги. Представлено максимальні розрахункові швидкості розливання металу, показано порівняння їх з промисловими машинами, які експлуатуються в даний час. This paper analyzes the influence of the main parameters of the process of casting a roll-on roll casting speed aluminum and steel strip. Also presented a maximum design speed metal casting and comparison with currently operating industrial machines. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые методы и прогрессивные технологии литья Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах Article published earlier |
| spellingShingle | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах Ноговицын, А.В. Баранов, И.Р. Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| title | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах |
| title_full | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах |
| title_fullStr | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах |
| title_full_unstemmed | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах |
| title_short | Скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах |
| title_sort | скорость литья алюминиевых и стальных полос на двухвалковых машинах |
| topic | Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| topic_facet | Новые методы и прогрессивные технологии литья |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/132913 |
| work_keys_str_mv | AT nogovicynav skorostʹlitʹâalûminievyhistalʹnyhpolosnadvuhvalkovyhmašinah AT baranovir skorostʹlitʹâalûminievyhistalʹnyhpolosnadvuhvalkovyhmašinah |