Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:

П. П. Полецков, директор Инжинирингового центра научно-инновационного сектора (ИЦ НИС), докт. техн. наук
Д. Ю. Алексеев, инженер ИЦ НИС
А. Е. Гулин, старший научный сотрудник ИЦ НИС, канд. техн. наук, эл. почта: a.gulin@magtu.ru
Д. Г. Емалеева, младший научный сотрудник ИЦ НИС, канд. техн. наук

Исследовано влияние скорости прохождения проката через ролико-закалочную машину на градиент температур и напряжений, формируемых в металле в процессе охлаждения. Предложена конечно-элементная модель процесса закалки листового металлопроката, позволяющая учитывать различные условия конвективного теплообмена на границе «среда – лист». Модель учитывает изменение температуры металла за счет охлаждения на воздухе при транспортировке проката от нагревательной печи до первого коллектора, а также в промежутке между коллекторами и секциями. Также учитывается формирование при падении водяного потока на поверхность движущегося листа трех областей контакта воды с охлаждаемым металлом, характеризующихся различными условиями и коэффициентами теплоотдачи: области соударения потока воды с поверхностью листа, области малой интенсивности водяного потока и области пленочного кипения. С целью демонстрации особенностей и возможностей предложенной модели в работе приведены результаты исследования для четырех скоростей транспортировки проката, варьируемых в диапазоне 12,5–20,0 м/мин.

Работа выполняется в ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова» при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства (соглашение с Минобрнауки России № 075-11-2021-063 от 25.06.2021 г.).

1. Srivastava A., Sinha A. N., Verma S. K. A mini-review on numerical approach of microstructure prediction in eutectoid steel // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 50, Part 5. P. 2241–2248.
2. Carlone P., Palazzo G. S., Pasquino R. Finite element analysis of the steel quenching process: Temperature field and solid–solid phase change // Computers & Mathematics with Applications. 2010. Vol. 59, Iss. 1. P. 585–594.
3. Huiping L., Guoqun Z., Shanting N., Chuanzhen H. FEM simulation of quenching process and experimental verification of simulation results // Materials Science and Engineering: A. 2007. Vol. 452, Iss. 10. P. 705–714.
4. Полецков П. П., Алексеев Д. Ю., Кузнецова А. С., Гулин А. Е., Емалеева Д. Г., Адищев П. Г. Анализ схем охлаждения листового проката на основе компьютерного моделирования // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2022. Т. 20. № 4. С. 102–109.
5. Полецков П. П., Кузнецова А. С., Гулин А. Е., Емалеева Д. Г., Алексеев Д. Ю. Исследование процесса термообработки листового металла в программном комплексе «Deform-3D» // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2022. № 97. С. 46–49.
6. Макаров С. С., Храмов С. Н. Математическое моделирование водовоздушного охлаждения металлических заготовок в процессе термообработки // Вестник ИжГТУ. 2011. Вып. 2. С. 47–51.
7. Липанов А. М., Макаров С. С. Численное решение задачи нестационарного теплообмена при охлаждении высокотемпературного металлического тела прямоугольной формы // Вестник ИжГТУ. 2012. Вып. 2 (54). С. 35–38.
8. Фархулина А. Л., Филончик Н. М. Численный расчет температурного поля и фазового превращения перлита в процессе печной закалки стали // Сборник статей по материалам X Международной научно-практической конференции «Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований». 2018. Т. 10, № 7. С. 29–35.
9. Ягов В. В., Дедов А. В. Теплообмен при пленочном кипении в турбулентном потоке недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 2009. № 3. C. 21–29.
10. Покровский А. М., Воронов Ю. В., Третьяков Д. Н. Численное моделирование температурно-структурного и напряженного состояний в процессе закалки железнодорожного рельса // Известия вузов. Машиностроение. 2016. № 6. С. 13–20.
11. Мазур И. П. Тепловые процессы в производстве листового проката. — М. : ОАО «Черметинформация», 2002. — 103 с.
12. Yeom H., Jo H., Johnson G. et al. Transient pool boiling heat transfer of oxidized and roughened Zircaloy-4 surfaces during water quenching // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 120. P. 435–446.
13. Wells M. A., Militzer M., Prodanovic V. Heat transfer during run-out table cooling – effect of jet configuration // Proceeding of the MST’2007 Conference. 2007. Detroit. P. 221–231.
14. Panjkovic V. Model for prediction of strip temperature in hot strip steel mill // Appl. Therm. Eng. 2007. Vol. 27. P. 2404–2414.
15. Welty J. R., Wicks C. E., Wilson R. E., Rorrer G. L. Fundamental of momentum, heat and mass transfer, 5th edition. — New York : J. Willey & Sons Inc., 2007. — 729 p.
16. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2022618935 «Программа расчета параметров охлаждения листов в процессе закалки» / Полецков П. П., Алексеев Д. Ю., Кузнецова А. С., Емалеева Д. Г., Гулин А. Е., Денисов С. В., Брайчев Е. В., Стеканов П. А. // Заявл. 29.04.2022 ; опубл. 18.05.2022.
17. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2023610607 «Программа расчета уставок температур термических печей» / Полецков П. П., Кузнецова А. С., Емалеева Д. Г., Гулин А. Е., Алексеев Д. Ю., Денисов С. В., Брайчев Е. В., Стеканов П. А. // Заявл. 26.12.2022 ; опубл. 11.01.2023.
18. Емалеева Д. Г., Кузнецова А. С., Алексеев Д. Ю., Кухта Ю. Б. Перспективы производства атмосферостойкого стального проката с повышенной хладостойкостью // Черные металлы. 2022. № 3. С. 60–64.