.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Компьютерное моделирование влияния вспомогательных слоев футеровки сталеразливочного ковша на локализацию и направление роста термических трещин
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-3-15
Аннотация
Методами математического моделирования проведено исследование формирования трещин в футеровке сталеразливочных ковшей при заливке расплавленного металла в ковш.
Цель работы ― выявление термических и механических условий, при которых возможно зарождение трещин в элементах футеровки, а также прогнозирование ориентации и характерной протяженности таких трещин. Численное изучение проводили с использованием методов конечных и дискретных элементов. Анализ локального разрушения осуществляли на основе применения критериев, эффективно учитывающих разные элементарные механизмы разрушения. Рассмотрены типичные случаи, в которых рабочий слой футеровки характеризуется разными условиями механического стеснения и температурными условиями на тыльной грани, определяемыми особенностями состояния буферного и теплоизоляционного слоев футеровки оборудования. Выявлены общие закономерности формирования трещин в разных областях изделия при термическом ударе, вызванном заливкой расплавленного металла в ковш. Установлено, что наличие градиента температуры, параллельного рабочей поверхности, может приводить к отклонению траектории трещин преимущественно в сторону горячей зоны изделий.
Об авторах
А. С. ГригорьевРоссия
г. Томск
С. В. Данильченко
Россия
г. Сатка Челябинской обл.
А. И. Дмитриев
Россия
д. ф.-м. н.,
г. Томск
А. В. Заболотский
Россия
к. т. н.,
г. Сатка Челябинской обл.
А. О. Мигашкин
Россия
г. Сатка Челябинской обл.
М. Ю. Турчин
Россия
к. т. н.,
г. Сатка Челябинской обл.
В. Т. Хадыев
Россия
г. Сатка Челябинской обл.
Е. В. Шилько
Россия
д. ф.-м. н.,
г. Томск
Список литературы
1. Hoed, P. D. An anatomy of furnace refractory erosion: evidence from a pilot-scale facility / P. D. Hoed // 58th Electric Furnace Conference Proceedings, Orlando, Florida, USA, 12-15 November 2000. ― Warrendale, PA. : Iron & Steel Society, 2000. ― P. 361‒378.
2. Schacht, C. А. Refractory linings: thermomechanical design and applications / C. A. Schacht. ― CRC Press : Boca Raton, Florida, USA, 2019. ― 504 p. DOI: 10.1201/9780203741078.
3. Kashcheev, I. D. Study of thermal shock resistance of pulsed high-temperature equipment refractories / I. D. Kashcheev, K. G. Zemlyanoi, R. V. Dzerzhinskii, A. V. Fedotov // Refract. Ind. Ceram. ― 2016. ― Vol. 57, № 4. ― Р. 369‒372. DOI: https://doi.org/10.1007/s11148-016-9986-6. Кащеев, И. Д. Исследование термостойкости огнеупоров для импульсных высокотемпературных установок / И. Д. Кащеев, К. Г. Земляной, Р. В. Дзержинский, А. В. Федотов // Новые огнеупоры. ― 2016. ― № 7. ― С. 43‒47.
4. Zhang, L. Measurement of erosion state and refractory lining thickness of blast furnace hearth by using threedimensional laser scanning method / L. Zhang, J. Zhang, K. Jiao [et al.] // Metallurgical Research and Technology. ― 2021. ― Vol. 118. ― Article № 106. DOI: 10.1051/metal/2020085.
5. Madej, D. Detailed studies on microstructural evolution during the high temperature corrosion of SiC-containing andalusite refractories in the cement kiln preheater / D. Madej, J. Szczerba // Ceram. Int. ― 2017. ― Vol. 43. ― P. 1988‒1996. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.10.166.
6. Shinohara, Y. Refractories Handbook / Y. Shinohara. ― Tokyo : Japanese Association of Refractories, 1998. ― 578 p.
7. Кащеев, И. Д. Химическая технология огнеупоров / И. Д. Кащеев, К. К. Стрелов, П. С. Мамыкин. ― М. : Интермет Инжиниринг, 2007. ― 752 с.
8. Fluid catalytic cracking : handbook. Chapter 11 ― Refractory lining systems ; еd. by R. Sadeghbeigi ; 4th edition. ― Oxford : Butterworth-Heinemann, 2020. ― P. 189‒213. DOI: 10.1016/B978-0-12-812663-9.00011-4.
9. Andreev, K. Effect of binding system on the compressive behaviour of refractory mortars / K. Andreev, S. Sinnema, J. v. d. Stel [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2014. ― Vol. 34. ― P. 3217‒3227. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.04.016.
10. Andreev, K. Thermal and mechanical cyclic tests and fracture mechanics parameters as indicators of thermal shock resistance ― case study on silica refractories / K. Andreev, V. Tadaion, Q. Zhu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2019. ― Vol. 39. ― P. 1650‒1659. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.12.062.
11. Ludwig, M. Recycled magnesia-carbon aggregate as the component of new type of MgO‒C refractories / M. Ludwig, E. Śnieżek, I. Jastrzębska [et al.] // Construction and Building Materials. ― 2021. ― Vol. 272. ― Article № 121912. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2020.121912.
12. Gómez-Rodríguez, C. Research and development of novel refractory of MgO doped with ZrO2 nanoparticles for copper slag resistance / C. Gómez-Rodríguez, Y. Antonio-Zárate, J. Revuelta-Acosta [et al.] // Materials. ― 2021. ― Vol. 14. ― Article № 2277. DOI: 10.3390/ma14092277.
13. Andreev, K. Role of fatigue in damage development of refractories under thermal shock loads of different intensity / K. Andreev, B. Luchini, M. J. Rodrigues, J. Lino Alves // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46. ― P. 20707‒20716. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.235.
14. Andreev, K. Failure of refractory masonry material under monotonic and cyclic loading ‒ crack propagation analysis / K. Andreev, Y. Yin, B. Luchini, I. Sabirov // J. Construct. Build. Mater. ― 2021. ― Vol. 299. ― Article № 124203. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2021.124203.
15. Stress intensity factors handbook. Vol. 2 ; еd. by Y. Murakami. ― Oxford : Pergamon Press, 1987. ― 816 p.
16. Туманов, Н. В. Моделирование устойчивого роста усталостных трещин в дисках турбин авиадвигателей при простом и сложном циклах нагружения / Н. В. Туманов, М. А. Лаврентьева, С. А. Черкасова, А. Н. Серветник // Вестник Самарского аэрокосмического университета. ― 2009. ― № 3. ― C. 188‒200.
17. Гольдштейн, Р. В. Модель хрупкого разрушения пористых материалов при сжатии / Р. В. Гольдштейн, Н. М. Осипенко // Математическое моделирование систем и процессов. ― 2009. ― № 17. ― C. 47‒58.
18. Grigoriev, A. S. Analysis of the quasi-static and dynamic fracture of the silica refractory using the mesoscale discrete element modelling / A. S. Grigoriev, A. V. Zabolotskiy, E. V. Shilko [et al.] // Materials. ― 2021. ― Vol. 14. ― Article № 7376. DOI: 10.3390/ma14237376.
19. Техническая механика: сопротивление материалов : учебник и практикум для среднего профессионального образования ; под ред. Е. Ю. Асадулиной ; 2-е изд., испр. и доп. ― М. : Юрайт, 2019. ― 265 с.
20. Марголин, Б. З. О некоторых проблемах зарождения и развития усталостных трещин в поликристал лах / Б. З. Марголин, В. А. Швецова, С. М. Балакин // Проблемы прочности. ― 2008. ― № 4. ― C. 5‒25.
21. Miller, K. J. Creep and fracture. Mechanical and thermal behaviour of metallic material / K. J. Miller ; ed. by G. Gaglioti, A. Ferro Milone. ― Amsterdam, New York, Oxford : North-Holland Publishing Company, 1982. ― P. 6‒118.
22. Kuliev, V. D. The gradient deformation criterion for brittle fracture / V. D. Kuliev, E. M. Morozov // Doklady Physics. ― 2016. ― Vol. 61. ― P. 502‒504. DOI: 10.1134/S1028335816100062.
23. Гольдштейн, Р. В. О модели структурированной среды в условиях сжатия / Р. В. Гольдштейн, Н. М. Осипенко // Механика твердого тела. ― 2010. ― № 6. ― C. 86‒97.
24. Zabolotskiy, A. V. Numerical investigation of refractory stress-strain condition under transient thermal load / A. V. Zabolotskiy, M. Y. Turchin, V. T. Khadyev, A. O. Migashkin // AIP Conference Proceedings. ― 2020. ― Vol. 2310. ― Article № 020355. DOI: 10.1063/5.0034479.
25. Psakhie, S. Development of a formalism of movable cellular automaton method for numerical modeling of fracture of heterogeneous elastic-plastic materials / S. Psakhie, E. Shilko, A. Smolin [et al.] // Frattura ed Integrita Strutturale. ― 2013. ― Vol. 7, № 24. ― P. 26‒59. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.24.04.
26. Psakhie, S. G. A mathematical model of particle‒ particle interaction for discrete element based modeling of deformation and fracture of heterogeneous elastic‒ plastic materials / S. G. Psakhie, E. V. Shilko, A. S. Grigoriev [et al.] // Engineering Fracture Mechanics. ― 2014. ― Vol. 130. ― P. 96‒115. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2014.04.034.
27. Psakhie, S. G. Overcoming the limitations of distinct element method for multiscale modeling of materials with multimodal internal structure / S. G. Psakhie, E. V. Shilko, S. Schmauder // Computational Materials Science. ― 2015. ― Vol. 102. ― P. 267‒285. DOI: 10.1016/j.commatsci.2015.02.026.
28. Lajtai, E. Z. Effect of tensile stress gradient on brittle fracture initiation / E. Z. Lajtai // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanical Abstracts. ― 1972. ― Vol. 9. ― P. 569‒578. DOI: 10.1016/0148-9062(72)90009-5.
29. Drucker, D. C. Soil mechanics and plastic analysis for limit design / D. C. Drucker, W. Prager // Quaterly of Applied Mathematics. ― 1952. ― Vol. 10. ― P 157‒165.
30. Öztekin, E. Experimental determination of DruckerPrager yield criterion parameters for normal and high strength concretes under triaxial compression / E. Öztekin, S. Pul, M. Hüsem // Construct. Build. Mater. ― 2016. ― Vol. 112. ― P. 725‒732. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.127.
Дополнительные файлы
Для цитирования: Григорьев А.С., Данильченко С.В., Дмитриев А.И., Заболотский А.В., Мигашкин А.О., Турчин М.Ю., Хадыев В.Т., Шилько Е.В. Компьютерное моделирование влияния вспомогательных слоев футеровки сталеразливочного ковша на локализацию и направление роста термических трещин. Новые огнеупоры. 2022;(10):3-15. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-3-15
For citation: Grigoriev A.S., Danilchenko S.V., Dmitriev A.I., Zabolotsky A.V., Migashkin A.O., Turchin M.Y., Khadyev V.T., Shilko E.V. Computer simulation of steel ladle secondary lining layers effect on localisation and direction of thermal cracks propagation. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2022;(10):3-15. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-3-15
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.