3D-моделирование прокатки крупногабаритных сталемедных заготовок для катодных стержней электролизеров

摘要

В области производства алюминия, характеризующегося повышенной энергоемкостью, актуальными являются исследования, направленные на снижение расхода электроэнергии на действующих электролизерах. Одним из направлений таких исследований является использование в качестве электропроводников сталемедных катодных стержней, обладающих повышенной электро- и теплопроводностью. С целью создания технологии производства крупногабаритных биметаллических заготовок для катодных стержней электролизеров с габаритными размерами 115x230x2500 мм предложено использовать диффузионную сварку сталемедного пакета и его деформационную обработку, в качестве которой возможно использование горячей сортовой прокатки. Моделирование прокатки проводили с использованием программного комплекса DEFORM~(TM)-3D. Построение геометрических трехмерных моделей инструмента и заготовки проводили в программном комплексе SolidWorks~R'. При моделировании исследуемого процесса диаметр валков прокатного стана составлял 330 мм, ширина калибра 230 мм, скорость вращения валков 10мин~(-1), температура заготовок 900°С, температура валков 20 °С, абсолютные обжатия при прокатке 1, 2, 3 мм, условия контактного взаимодействия заготовок и валков принимали по Зибелю с показателем трения 0,5. Количество расчетных шагов равнялось 1000, шаг расчета 0,1 с. Для обоснования технологических режимов выполнен анализ формоизменения и напряженно-деформированного состояния металла при горячей прокатке крупногабаритной сталемедной заготовки, предварительно полученной диффузионной сваркой. Показано, что при такой прокатке происходит их непропорциональная деформация и изменение толщин. Так, в сечении на выходе из очага деформации послойное относительное обжатие для слоя меди равно 23%, аслоястали - 1 %. При этом реализуются значительная разность в моментах на валках и несимметричность очага деформации. В результате моделирования установлены условия для деформационной сварки, при этом на границе биметаллической заготовки заданных размеров при температуре горячей обработки интенсивность скоростей сдвига должна быть не ниже 1,5с~(-1), интенсивность касательных напряжений - не ниже 75 МПа, а нормальные напряжения - не ниже 60 МПа.