DOSAŽENÉ VÝSLEDKY PRI POUŽÍVÁNÍ KUBICKÝCH CU VLOŽEK KRYSTALIZÁTORU NA ZPO 1 V TŽ, A.S. TRINEC RESULTS ACHIEVED FROM APPLICATION OF CUBIC CU MOULD INSERTS FOR CCM 1 AT TŽ, A.S. Jan Morávka, Vladislav Mrajca a Michal Adamik, Lubomír Lacina b a Trinecký inženýring, a. s., Frýdecká 126, 739 61 Trinec - Staré Mesto, CR, jan.moravka@tzi.trz.cz b TRINECKÉ ŽELEZÁRNY, a. s., Prumyslová 1000, 739 70 Trinec - Staré Mesto, CR,michal.adamik@trz.cz Abstrakt Príspevek obsahuje dosažené výsledky a zkušenosti s provozováním kruhových kubických Cu vložek krystalizátoru kruhových formátu? 320 a? 410 mm na blokovém kontilití (ZPO1) v Trineckých železárnách, a.s. Hodnocení kvality predlitku a životnosti Cu vložek krystalizátoru. Úpravy geometrie pracovní cásti pro dosažení optimálního tvaru krystalizátoru. Abstract The paper refers to the results and experience obtained from operating round cubic Cu mould inserts for the round 320 and 410 mm formats at the bloom caster (CCM 1) at Trinecké železárny, a.s. Evaluation of strand quality and Cu mould insert life. Modifications in geometry of the working part for optimal mould shape. 1. ÚVOD V príspevku jsou prezentovány dosažené výsledky a zkušenosti s provozováním kubických (s kubickým prubehem rozmeru a parabolickým prubehem konicity po výšce) krystalizátoru (KR) na blokovém kontilití (ZPO 1) v TŽ, a.s. Trinec. Správnost nastoupeného smeru dokazují lepší výsledky dosažené pri provozování kubického krystalizátoru - a to nejen co do kvality odlévaných predlitku širokého spektra výrobních znacek, snížení trecích sil, ale i v oblasti životnosti Cu vložek krystalizátoru, která je plne srovnatelná se stávajícími používanými dvouúkosovými Cu vložkami. V soucasné dobe jsou v provozu kubické krystalizátory, u kterých byly provedeny kosmetické zmeny v geometrii pracovní cásti a které v provozu plne potvrzují oprávnenost jejich vývoje a používání v TŽ, a.s. Trinec. 2. ZÁKLADNÍ PREHLED O TESTOVANÝCH CU VLOŽKÁCH Základní prehled o dosud vyrobených a používaných kubických Cu vložkách KR kruhových formátu? 320 mm a? 410 mm je prezentován v tabulce 1. 1
Tabulka 1. Prehled o testovaných kubických Cu vložkách? 320 mm a? 410 mm Table 1. Overview of tested cubic Cu inserts,? 320 mm and? 410 mm Formát [mm]? 320 Císlo Cu vložky Odlité tuny oceli Stupen renovace Pocet pruvalu Pocet vadných predlitku Chod licího procesu Poznámka 628 11 300 0 0 0 hladký 638 (3 620) 0 0 0 - - po 2. kampani 508 11 736 2 3 0 - - 12 655 0 0 0 - -? 410 545 (10 329) 1 0 0 - - po 4. kampani Pozn.: Stupen renovace Cu vložky KR: 0... nová / 1, 2... po první a druhé renovaci. Nove vyrobená Cu vložka c.638 a poprvé renovovaná Cu vložka c.545 byly zatím nasazeny ve dvou/ctyrech kampaních a proto údaj o jejich životnosti v rámci dané renovace není ješte známý. V tabulce 2 je uvedeno srovnání kubických a klasických (se dvema úkosy) Cu vložek KR vyrobených ve stejných sadách. Tabulka 2. Srovnání klasických a kubických Cu vložek? 320 mm a? 410 mm Table 2. Comparison of traditional and cubic Cu inserts,? 320 mm and? 410 mm Formát [mm]? 320? 410 Císlo Cu vložky Pocet klasických Cu vložek v sade Celkový pocet Cu vložek v sade Odlité tuny - parabola Odlité tuny klasika, prumer 628 20 21 11 300 11 346 638 20 21 (3 620) 11 346 508 9 10 11 736 11 810 545 20 21 12 655 11 810 Zatím lze konstatovat následující skutecnosti:?? jelikož kubické Cu vložky KR byly (a jsou) nasazovány vrámci vyrobených sad spolu s príslušnými klasickými Cu vložkami nelze porovnat jejich životnost, ale pouze konstatovat jejich plnou srovnatelnost,?? pri nasazení kubických Cu vložek nedošlo ke vzniku vad na predlitcích, u klasických Cu vložek ze srovnatelných sad se však vady vyskytly. Jelikož rozsah nasazení (odlité tuny oceli) obou typu Cu vložek jsou velmi odlišné, nelze ucinit zobecnující záver. Pro kompetentní srovnání je nutné vyrobit stejne velké sady obou typu,?? testování kubických KR formátu? 320 mm trvá - vzhledem k požadovanému sortimentu - výrazne delší doba (pul roku až 2 roky) než u formátu? 410 mm (3 až 6 mesícu). Proto je rychlejší doladování rozmeru (prubehu konicity po výšce) kubických Cu vložek u tohoto vetšího formátu. 3. OPOTREBENÍ A DEFORMACE CU VLOŽEK Podrobný obraz o opotrebení a deformaci nasazovaných Cu vložek KR všech formátu na ZPO 1 v závislosti na odlitém množství oceli poskytují obrazy a data ze systému MKL firmy DASFOS. 2
3.1 Kubické Cu vložky formátu? 320 mm c.628 a 638 A. Kubická Cu vložka c.628 KR formátu? 320 mm byla celkem nasazena v 10-ti kampaních a bylo na ní odlito 11 300 tun oceli. V období techto kampaní se neobjevily žádné povrchové vady na predlitcích pri apretaci a nevznikly pruvaly. V porovnání s klasickými dvouúkosovými krystalizátory vykazuje tento kubický KR hladší prubeh velicin trení i mazání. Jeho opotrebení je srovnatelné s opotrebením klasických krystalizátoru, pricemž kubický krystalizátor vykazoval rovnomerný prubeh opotrebení (lineární prubeh diferencí rozmeru po výšce). Na obrázku 1 je znázornený prubeh stredního prumeru po výšce KR po jeho posledním nasazení do licího procesu, tj. po odlití 11 300 tun oceli. Obr. 1. Prubeh stredního prumeru kubické Cu vložky c.628 KR? 320 mm Fig. 1. Diagram of cubic Cu insert mean diameter no. 628 KR? 320 mm Pro srovnání je na obrázku 2 viditelný prubeh stredního prumeru po výšce klasické Cu vložky c.626 KR (ze stejné sady jako kubická Cu vložka c.628) po jejím posledním nasazení do licího procesu po odlití srovnatelného množství oceli ve výši 11 115 tun. Obr. 2. Prubeh stredního prumeru klasické Cu vložky c.626 KR? 320 mm Fig. 2. Diagram of traditional Cu insert mean diameter no. 626 KR? 320 mm 3
Z vizuálního srovnání je zrejmé, že klasická Cu vložka c.626 vykazuje vetší opotrebení v dolní cásti a prubeh stredního prumeru po výšce má méne hladký prubeh než u kubické Cu vložky c.628. B. Kubická Cu vložka c.638 KR formátu? 320 mm mela vuci predchozí Cu vložce c.628 jemne upravený prubeh konicity v horní a strední cásti byla konicita zvýšená. Zatím byla tato Cu vložka nasazena pouze ve dvou kampaních pri odlití 3620 tun oceli - na obrázku 3 je viditelný namerený prubeh stredního prumeru po výšce po této kampani. Obr. 3. Prubeh stredního prumeru kubické Cu vložky c.638 KR? 320 mm Fig. 3. Diagram of cubic Cu insert mean diameter no. 638 KR? 320 mm Z obrázku 3 je videt, že Cu vložka byla vyrobena s asi o 0,4 mm vetším prumerem po celé výšce a její opotrebení po odlití 3620 tun je zatím celkem malé relativne nejvetší je ve spodní cásti KR. 3.2 Kubické Cu vložky formátu? 410 mm c.508 a 545 A. Kubická Cu vložka c.508 KR formátu? 410 mm byla opracována z klasické na kubickou pri 2. renovaci. Celkem byla nasazena v 5-ti kampaních pri odlití 11 736 tun oceli. V období nasazení nebyly zachyceny žádné povrchové vady na predlitcích pri apretaci, ale vznikly 3 pruvaly. V porovnání s klasickými dvouúkosovými krystalizátory vykazoval testovaný kubický KR hladší prubeh velicin trení i mazání. Jeho míra opotrebení byla približne na polovicní úrovni jako u klasických KR, což však bylo zpusobeno nedostatecnou konicitou a tím i nedostatecným stykem predlitku a steny KR. Tato skutecnost byla potvrzena asi o 12-20 % menším odvodem tepla PCH pri odlévání mekkých ocelí v porovnání s odvodem tepla u klasických dvou-úkosových KR. Na obrázku 4 je znázornený prubeh stredního prumeru po výšce Cu vložky KR po odlití uvedeného množství oceli. 4
Obr. 4. Prubeh stredního prumeru kubické Cu vložky c.508 KR? 410 mm Fig. 4. Diagram of cubic Cu insert mean diameter no. 508 KR? 410 mm Na dalším obrázku 5 je viditelný prubeh prumerné konicity po výšce analyzované Cu vložky KR po odlití uvedeného množství oceli. Obr. 5. Prubeh strední konicity kubické Cu vložky c.508 KR? 410 mm Fig. 5. Diagram of cubic Cu insert mean taper no. 508 KR? 410 mm Podle obrázku 5 je zrejmé, že k nejvetšímu poklesu konicity v dusledku opotrebení došlo ve strední cásti KR v rozmezí 8.? 12. mericí hladiny. B. Kubická Cu vložka c.545 (nová) KR formátu? 410 mm vznikla pri výrobe úpravou prubehu konicity Cu vložky c.508 z výše uvedených duvodu. Došlo u ní ke zvýšení konicity po celé výšce v prumeru o 0,2? 0,4 %/m. Cu vložka c.545 byla celkem nasazena v 6-ti kampaních pri celkovém odlití 12 655 tun oceli. V období nasazení se neobjevily žádné povrchové vady na predlitcích pri apretaci, ani nevznikly pruvaly. Namerený prubeh stredního prumeru po výšce po posledním nasazení do licího procesu je viditelný na obrázku 6. 5
Obr. 6. Prubeh stredního prumeru kubické Cu vložky c.545 KR? 410 mm Fig. 6. Diagram of cubic Cu insert mean diameter no. 545 KR? 410 mm Z obrázku 6 je viditelný celkove vetší namerený prumer vuci prumeru výkresovému po celé výšce KR. Tento rozdíl vznikl již pri výrobe, kdy nová Cu vložka mela prumer vetší asi o 0,7 mm vuci výkresu. Na obrázku 7 je znázornený prubeh prumerné konicity po výšce analyzované Cu vložky KR po odlití uvedeného množství oceli. Obr. 7. Prubeh strední konicity kubické Cu vložky c.545 KR? 410 mm Fig. 7. Diagram of cubic Cu insert mean taper no. 545 KR? 410 mm Podle obrázku 7 je zrejmé, že k nejvetšímu poklesu konicity v dusledku opotrebení došlo taky ve strední cásti KR v rozmezí 7.? 13. mericí hladiny, pricemž v dolní cásti zustala konicita pomerne zachována - na rozdíl od prubehu konicit u kubické Cu vložky c.508. Na základe analýzy opotrebení byly upraveny konicity v horní a strední cásti této Cu vložky pri její 1. renovaci. Na obrázku 8 je znázornený prubeh prumerné konicity po výšce renovované Cu vložky c.545 KR po odlití 7 763 tun oceli. 6
Obr. 8. Prubeh strední konicity renovované kubické Cu vložky c.545 KR? 410 mm Fig. 8. Diagram of refurbished cubic Cu insert mean taper no.545 KR? 410 mm Na obrázku 8 je viditelná skutecnost, že úprava prubehu konicity byla dobre zvolená a dá se predpokládat menší a rovnomernejší opotrebení než tomu bylo u nové Cu vložky s puvodním návrhem prubehu konicity. 4. MÍRY OPOTREBENÍ A KOREKCE NÁVRHU KONICIT Pro vzájemné srovnání opotrebení klasických a kubických Cu vložek bylo v prubehu procesu vývoje navržených a otestovaných asi 20 ukazatelu ve smyslu míry (stupne) opotrebení. Nakonec se nejlépe osvedcil a je používán ukazatel SOD (smerodatná odchylka diferencí), který má mnoho vhodných vlastností a jeho hodnoty rostou teoreticky (i prakticky) lineárne s odlitým množstvím oceli. Napr. u obou kubických Cu vložek c.508 a 545 (a platí to obecne) je tento ukazatel - krome jiného - nezávislý na stavu renovace Cu vložky (tj. na odlévaném prumeru daného formátu), jako i na prípadné (konstantní) odchylce od výkresových rozmeru pri její výrobe, ci renovaci. Hodnota SOD byla u Cu vložky c.508 pri odlití 11 736 tun oceli rovna 0,21 mm, zatímco u Cu vložky c.545 pri odlití 11 684 tun oceli to byl dvojnásobek ve výši 0,42 mm, pri konecném odlití 12 655 tun až 0,45 mm. Výše uvedené skutecnosti svedcily o tom, že zvýšení konicity ve strední cásti Cu vložky c.545 o 0,4 %/m bylo príliš razantní, zatímco zvýšení konicity v dolní cásti o 0,2 %/m bylo vhodné a vzhledem k opotrebení užitecné. Z uvedeného duvodu byly upraveny konicity této Cu vložky pri její 1. renovaci (viz konec predchozí kapitoly). Obdobný postup je aplikován pri korekci geometrie dalších kubických Cu vložek, pricemž je využívaná možnost zmeny geometrie na základe dosažených výsledku pri každé renovaci (zmene prumeru) testovaných Cu vložek u obou formátu. 5. ZÁVER Zkušenosti s pokusným zavádením kubických Cu vložek krystalizátoru kruhových formátu? 320 mm a? 410 mm na pracovišti ZPO 1 v TŽ, a.s. jsou pozitivní. Dobré výsledky s uvedenými Cu vložkami se projevily v oblastech: 7
?? plynulého chodu (snížení trecích sil po celou dobu nasazení, eliminace trhavého pohybu pri prvním nasazení, do odlití asi 1 000 tun oceli) v licím procesu v prubehu nasazení nove vyrobených a renovovaných Cu vložek,?? kvality odlévaných predlitku širokého spektra vyrábených znacek oceli ve smyslu podstatného snížení poctu vad na predlitcích,?? životnosti kubických Cu vložek, která je plne srovnatelná se stávajícími používanými dvouúkosovými Cu vložkami. Jelikož byly vzájemne srovnávány Cu vložky obou typu vyrobenými v rámci jedné sady, nebylo prakticky možné overit dlouhodobejší nasazení (s vetším množstvím odlité oceli) kubických Cu vložek. Vzhledem k rovnomernejšímu opotrebení lze však predpokládat jejich vetší životnost. Návrh, vývoj, výroba, úpravy a provozní testování kubických Cu vložek krystalizátoru formátu? 320 mm a? 410 mm mají za cíl: overit vhodnost techto Cu vložek s ohledem na kvalitu i plynulost výroby a jejich životnost, v prípade dobrých výsledku zavést do výroby sadu techto kubických Cu vložek, po dostatecných zkušenostech s testovanými kubickými Cu vložkami jmenovaných formátu bude pristoupeno k návrhu a testovacímu provozu kubických Cu vložek i u nejvetšího kruhového formátu? 550 mm. Problematika byla rešena v rámci projektu FD-K/035 Výzkum, vývoj a aplikace nových technologií v oblasti tekuté fáze ocelárského prumyslu realizovaného za financní podpory státních prostredku prostrednictvím Ministerstva prumyslu a obchodu. LITERATURA [1] MORÁVKA, J. - MRAJCA, V. Cíle a rešené problémy optimalizace procesu plynulého odlévání oceli na pracovišti ZPO 1 v TŽ, a.s. Hutnické listy, 2001, roc. LVI, c.9, s.28-33. [2] MORÁVKA, J. aj. Vývoj modelu predikce kvality plynule litých predlitku a protipruvalový systém na ZPO 1. Hutnické listy, 2002, roc. LVII, c.10-12, s.35-41. [3] MORÁVKA, J. aj. Model predikce kvality plynule litých kruhových predlitku na ZPO 1 v TŽ, a.s. In Metal 2003: 12. mez. metal. konference: 20.-22.5.2003., Cervený zámek, Ceská republika [CD-ROM]. Ostrava : Tanger : kveten, 2003, s.57-65. ISBN 80-85988-82-8. [4] MORÁVKA, J. aj. Zkušenosti se zavádením parabolických krystalizátoru kruhových formátu? 320 a? 410 mm na ZPO 1 v Trineckých železárnách, a.s. Hutnické listy, 2003, roc. LVIII, c.9-11, s.32-36. [5] MORÁVKA, J. aj. Vývoj a provozní overování kubických Cu vložek kruhových krystalizátoru na ZPO 1 v TŽ, a.s. In Sborník z konference Teorie a praxe výroby a zpracování oceli. Ostrava : Tanger, 2004, s. 29-36. 8