VLIV PROUDĚNÍ OCELI V KRYSTALIZÁTORU NA HLADINU NOVÝMI TYPY PONORNÝCH VÝLEVEK

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "VLIV PROUDĚNÍ OCELI V KRYSTALIZÁTORU NA HLADINU NOVÝMI TYPY PONORNÝCH VÝLEVEK"

Leoš Musil
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 VLIV PROUDĚNÍ OCELI V KRYSTALIZÁTORU NA HLADINU NOVÝMI TYPY PONORNÝCH VÝLEVEK MOULD FLOW INFLUENCE ON STEEL LEVEL BY USING OF THE NEW TYPE OF THE SUBENTRY NOZZLES M.Masarik a, R.Kuchař b, J.Hudak b, J.Richaud c a EVRAZ VÍTKOVICE STEEL,a.s., Štramberská 2871/47, Ostrava-Hulváky, Česká republika b VESUVIUS ČESKÁ REPUBLIKA,a.s., Průmyslová 715, Třinec, Česká republika c VESUVIUS FLOW SIMULATION GROUP, 68 rue Paul Deudon, Feignies, France Abstrakt Pro dobrou povrchovou kvalitu bram je důležitou součásti tvorba oscilačních vrásek. Tyto oscilační vrásky jsou možným tvůrcem povrchových trhlin. Výtok oceli do krystalizátoru přes ponornou výlevku má důležitý vliv na vyplouvání nečistot. Je to již poslední fáze kde je možno optimalizaci proudění ovlivnit tvorbu růstu kůry bramy. Proudění v krystalizátoru ovlivňuje i rozkolísání hladiny oceli v krystalizátoru. Výtok oceli z ponorné výlevky do krystalizátoru je možno ovlivnit buď regulaci zátkou v mezipánvi nebo úpravou tvaru výtokové soustavy ponorné výlevky. Modelování ponorné výlevky bylo uděláno ve spolupráci se společnosti Vesuvius, Modelování bylo prováděno pro různé rozměry krystalizátoru, u kterých dochází k největším problémům s rozkmity hladiny. Výsledkem modelování je vytvoření nového tvaru ponorné výlevky, který optimalizuje proudění oceli v krystalizátoru. Nasazením nových ponorných výlevek do provozu se ověřovalo chování hladiny oceli v krystalizátoru, teplota termočlánků na protiprůvalovém systému a zmetkovitost. Abstract: Creation of the oscillation marks is an important part for a good surface quality of the slabs. These oscillation marks are a potential creator of the surface cracks. Steel outflow to the mould through the subentry nozzles (SEN) has an important influence for non metallic inclusion rising. It is a last period when it is possible to exert influence up a creation of the slab crust grow by the mould flow optimalization. Mould flow influences a steel level wobblines in the mould also. Steel outflow from SEN to the mould is possible to influence by stopper regulation in the tundish or SEN design modification. SEN desing modelling was done in conjunction with Vesuvius company. It was done for a different mould size where steel level wobblines problem is the biggest. Modelling result is a creation of the new SEN design which optimises steel flow in the mould. During the verification of the new SENs in operation steel level behaviour, thermocouple temperature in the antibreak-out system and scrap was monitored. 1

1. MODELOVÁNÍ PROUDĚNÍ OCELI V KRYSTALIZÁTORU Modelování proudění oceli v krystalizátoru je těžký úkol pro konstruktéry žárovzdorné keramiky.

Numerické simulace byly prováděné k lepšímu proudění oceli v krystalizátoru prováděnému současnou ponornou výlevkou, viz obrázek číslo 1.

Navzdory konstantnímu stavu vtoku, to znamená prakticky stálá rychlost ve vstupním kanálu, proudění v krystalizátoru velmi kolísá a upozorňuje na

1: Kontury velikosti rychlosti způsobené současnou ponornou výlevkou ve 3 odlišných momentech. Obr.

2 1. MODELOVÁNÍ PROUDĚNÍ OCELI V KRYSTALIZÁTORU Modelování proudění oceli v krystalizátoru je těžký úkol pro konstruktéry žárovzdorné keramiky. Setkávají se s různou strukturou proudění, velkou škálou vířivých proudů, recirkulace, separace proudů, víření a víry. Numerické simulace byly prováděné k lepšímu proudění oceli v krystalizátoru prováděnému současnou ponornou výlevkou, viz obrázek číslo 1. Existující proud z výstupního otvoru může putovat a vinout se směrem k menisku a způsobit náhlé kolísání hladiny v krystalizátoru. Navzdory konstantnímu stavu vtoku, to znamená prakticky stálá rychlost ve vstupním kanálu, proudění v krystalizátoru velmi kolísá a upozorňuje na nestabilní charakter současného tvaru ponorné výlevky. Obr. 1: Kontury velikosti rychlosti způsobené současnou ponornou výlevkou ve 3 odlišných momentech. Obr. 2: Kontury velikosti rychlosti způsobené současnou ponornou výlevkou, pohled dolů na meniskus. Obrázek 2 ukazuje, že když se jeden proud stáčí nahoru a vytváří náhle zrychlení proudu pod meniskem, mohou se objevit víry blízko úzkých stěn, popřípadě přispívají k zachycování licího prášku. Obr. 3: Vektory rychlosti vytažené z centrální roviny, současná ponorná výlevka. 2

Ohýbaní proudu nastává, viz Obr. 3, když proudění menisku vzájemně na sebe působí s proudem z výstupního otvoru výlevky. Turbulence je pak vytvořená v důsledku smykového napětí.

Pak se proud vrací do své původní pozice určené geometrii výstupního otvoru, viz Obr. 4. Obr. 4: Kontury velikosti rychlosti způsobené současnou ponornou výlevkou.

Současná ponorná výlevka má vnitřní konický tvar díry, z horního průměru 70 mm na spodní průměr 65 mm a pravidelné pravoúhlé výstupní otvory.

3 Ohýbaní proudu nastává, viz Obr. 3, když proudění menisku vzájemně na sebe působí s proudem z výstupního otvoru výlevky. Turbulence je pak vytvořená v důsledku smykového napětí. Když je úroveň turbulence vysoká kolem výstupního otvoru, je tekutá ocel vstupující do krystalizátoru směřovaná k menisku do té doby, než se turbulence ztratí. Pak se proud vrací do své původní pozice určené geometrii výstupního otvoru, viz Obr. 4. Obr. 4: Kontury velikosti rychlosti způsobené současnou ponornou výlevkou. Tvar menisku v krystalizátoru se mění jakmile nastává ohýbaní proudu, jak je to zobrazeno na Obr. 5. Obr. 5: Profil menisku vytvořený současnou ponornou výlevkou ve dvou různých momentech. Současná ponorná výlevka má vnitřní konický tvar díry, z horního průměru 70 mm na spodní průměr 65 mm a pravidelné pravoúhlé výstupní otvory. Tento tvar předpokládá tvorbu velmi silného a turbulentního proudu z výstupních otvorů, který by měl mít dostatečnou pronikavou sílu šířit žhavou ocel podélně přes meniskus. Proudění u širší strany bramy může vytvářet nadměrné podmeniskové rychlosti proudění, nadměrné vlnění menisku a škodlivé výkyvy hladiny. Velká turbulence proudu ze stávající ponorné výlevky vede k velkému proudění vírů v krystalizátoru a může vést ke špatné teplotní homogenitě v celém objemu tekuté oceli v krystalizátoru, způsobovat nerovnoměrné tuhnutí a rozdílné formování kůry litého kontislitku. Rovnoměrná distribuce teploty a rovnoměrné tuhnutí jsou podstatné podmínky pro zabránění tvorby trhlin. Za účelem stabilizace proudu z výstupního otvoru, byla společnosti Vesuvius navržena nová geometrie otvoru. Rozdělovač uvnitř výstupního otvoru je tvarovaný tak, aby rozdělil (roztříštil sílu proudu) rovnoměrně proudění oceli přes čtyři charakteristické otvory, Obr. 6. 3

Obr. 6: Pohled na nové otvory ponorné výlevky. Obr. 7: Kontury rychlosti, vektory a profil menisku nové ponorné výlevky.

Proudění menisku a proudy z výstupních otvorů jsou odlehlé natolik, že předcházejí vzájemnému ovlivňování.

Vystupující proudy s nižším dopadem na rychlost proudění u úzkých stran bram dovolují snadnější vyplouvání bublin a zabraňují jejich

Rovnoměrná distribuce teplé oceli v krystalizátoru zlepšuje teplotní homogenitu taveniny a rovněž napomáhá k lepšímu natavování licího

PROVOZNÍ ZKUŠENOSTI Po modelování byly vyrobené nové typy ponorných výlevek a ty následně odzkoušeny na bramovém kontilití tloušťky 250 mm.

4 Obr. 6: Pohled na nové otvory ponorné výlevky. Obr. 7: Kontury rychlosti, vektory a profil menisku nové ponorné výlevky. Nově vyvinuté ponorné výlevky vytváří 4 proudy, které jsou stabilní, a které nasměrují požadované množství žhavého kovu směrem k menisku. Proudění menisku a proudy z výstupních otvorů jsou odlehlé natolik, že předcházejí vzájemnému ovlivňování. Profil menisku je dobře rozpoznatelný zvýrazněním stability proudění v krystalizátoru, dosaženým novou ponornou výlevkou, Obr. 7. Vystupující proudy s nižším dopadem na rychlost proudění u úzkých stran bram dovolují snadnější vyplouvání bublin a zabraňují jejich hlubokému zanášení, jenž může vést k zachycování těchto bublin vznikající kůrou brámy. Rovnoměrná distribuce teplé oceli v krystalizátoru zlepšuje teplotní homogenitu taveniny a rovněž napomáhá k lepšímu natavování licího prášku, čímž přispívá k bezkoliznímu kontaktu mezi stěnou krystalizátoru a litou bramou. 2. PROVOZNÍ ZKUŠENOSTI Po modelování byly vyrobené nové typy ponorných výlevek a ty následně odzkoušeny na bramovém kontilití tloušťky 250 mm. Před litím bylo zjištěno klidnější, stabilnější úvodní otvírání a lití do krystalizátoru, které snižuje riziko zavěšení oceli o hrany krystalizátoru vlivem prudkých rozstřiků oceli. Při tomto úvodním nalívání krystalizátoru je vše prováděno v ručním režimu, tzn. ručním řízením zátkového uzávěru MP odlévačem. 4

Obr. 8: Opotřebení ponorné výlevky po odlití sekvence. Při lití sekvence byly sledovány hodnoty rozkmitu hladiny v závislosti na čase. Bylo provedeno odlití 18 sekvencí a celkem 176 taveb.

VYHODNOCENÍ ZKOUŠEK Z hodnoceného souhrnu hodnot taveb byly separovány nestandardní stavy, začátky a konce sekvencí, které by mohly ovlivnit objektivitu hodnocení. Pro hodnocení byly použité data z I.

Licí rychlost byla nastavená v rozmezí 0,78 0,82 m/min a nedocházelo k prudkým změnám. Rozkmit hladiny má negatívní vliv na tvorbu oscilačních vrásek.

5 Obr. 8: Opotřebení ponorné výlevky po odlití sekvence. Při lití sekvence byly sledovány hodnoty rozkmitu hladiny v závislosti na čase. Bylo provedeno odlití 18 sekvencí a celkem 176 taveb. Každá z ponorných výlevek byla po sekvenci odložená a zkontrolována zda nedošlo k nadměrnému opotřebení keramiky v oblasti výtokového otvoru, nebo přímo k destrukci, obr VYHODNOCENÍ ZKOUŠEK Z hodnoceného souhrnu hodnot taveb byly separovány nestandardní stavy, začátky a konce sekvencí, které by mohly ovlivnit objektivitu hodnocení. Pro hodnocení byly použité data z I. úrovně řídicího systému kontilití. Měření hladiny v krystalizátoru je měřeno elektromagnetickým snímačem, který snímá data v 20 sec. intervalech. Licí rychlost byla nastavená v rozmezí 0,78 0,82 m/min a nedocházelo k prudkým změnám. Rozkmit hladiny má negatívní vliv na tvorbu oscilačních vrásek. Hodnoty z rozkmitu hladiny jsou vyhodnoceny na obr.10. Byla prováděná i vizuální kontrola povrchu bram na kontrolu souměrnosti oscilačních vrásek. Ze sledování jednoznačně vyplýva, že nový typ ponorných výlevek nemá negatívní vliv na změnu tvorby a nepravidelnosti oscilačních vrásek, obr.9. Obr. 9: Oscilační vrásky na povrchu bramy. 5

Obr. 10: Rozkmit hladiny v závislosti na průtoku oceli výtokovým otvorem ponorné výlevky Z dosažených dat z termočlánků, zabudovaných do měděných desek krystalizátoru, je patrná zlepšená teplotní

( C ) Centrální část Okrajová část NOVÁ VÝLEVKA 0,77 0,56 STANDARDNÍ VÝLEVKA 1,57 1,24 4.

6 Obr. 10: Rozkmit hladiny v závislosti na průtoku oceli výtokovým otvorem ponorné výlevky Z dosažených dat z termočlánků, zabudovaných do měděných desek krystalizátoru, je patrná zlepšená teplotní stabilita taveniny. V porovnání se standardními výlevkami došlo k více než 50% zlepšení teplotní výchylky, Tab. 1. Tab. 1: Průměrné hodnoty výchylek teplot v C, ve stěně krystalizátoru. ( C ) Centrální část Okrajová část NOVÁ VÝLEVKA 0,77 0,56 STANDARDNÍ VÝLEVKA 1,57 1,24 4. ZÁVĚR U nových ponorných výlevek nedocházelo k žádným provozním problémům, neprojevilo se žádné zarůstání výstupních otvorů ani zvýšená eroze v místech výstupních otvorů. Z navrhovaných a vyrobených ponorných 4- otvorových výlevek jednoznačně vyplýva stabilita hladiny oceli v krystalizátoru. Při zkoušení ponorných výlevek nového 4-otvorového typu v provozu kontilití byly sledovány parametry rozkmitání hladiny na různých odlévaných formátech. Sledovaní bylo taky prováděno a porovnávano s ponornými výlevkami od konkurenční firmy klasického dvouotvorového tvaru. Tento klasický tvar ponorných výlevek byl obdobný i u starého typu ponorných výlevek firmy Vesuvius. Ze sledovaného souboru taveb bude dále sledována zmetkovitost a kontrola na UZ lince. 6

Podobné dokumenty

Vliv tvaru ponorné výlevky na mikročistotu plynule odlévané oceli

Vliv tvaru ponorné výlevky na mikročistotu plynule odlévané oceli Ing. David Bocek a), Ing. Lubomír Lacina a), Ing. Pavel Střasák Ph.D. b), Ing. Antonín Tuček CSc. b), Ing. Ladislav Socha c), Prof. Ing.