Analýza atypického průvalu při radiálním plynulém lití bramy v pásmu rovnání I. Numerická simulace teplotního pole bramy

Analysis of atypical break out during a radial continuous casting of a slab in the straightening zone I. Numerical simulation of temperature field of a slab

článek v časopise - ostatní, Jost

en

Original numerical model was applied to the simulation of the transient temperature field of concast steel slab of two different chemical composition. The model solves the Fourier-Kirchhoffs equation of the temperature field of slab- crystallizer system respectively slab-ambient system with these different thermophysical parameters : thermal conductivity, specific heat capacity, density and enthalpy including their dependence on temperature. When both melts follow closely after each other, the critical state of so called break out occurs at a certain point secondary cooling zone of a caster. It is obviously a combination of surface defects. However different chemical composition of two steels and their mixing is apparently decisive. Therefore the temperature model has simulated the temperature history of every point of a cross-section of a slab during its movement through the whole caster from the level of the melt in the crystallizer to the cutting torch for both melts and and for their mixture (with average chemical composition). Calculation of the temperature field of a slab has focused mainly on the part of the slab before the break out and its surroundings. Calculation results were compared graphically by means of a graph of temperatures in characteristic points of the cross section, a graph of isotherms in the critical cross-section passing through the break out including isoliquidus and isosolidus, a graph of isotherms in longitudinal sections and a graph of increase in thickness of a solidified shell. The definition of the boundary conditions for all three variants of calculation are identical in all cooling zones. The results of the temperature field can establish a model of the chemical heterogeneity of steel supported by material expertise on samples taken from the break out.

Byl aplikován originální numerický model nestacionárního teplotního pole plynule lité ocelové bramy o různém chemického složení. Model řeší Fourier-Kirchhoffovu rovnici teplotního pole soustavy brama-krystalizátor resp. brama-okolí s těmito různými termofyzikálními parametry: tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, hustota a entalpie včetně jejich rozdílné závislosti na teplotě. V případě, že obě tavby následují těsně po sobě, dojde v určitém místě sekundárního chlazení ke kritickému stavu licího stroje (ZPO) tzv. průvalu. Může se jednat o kombinací povrchových vad, jejichž původ se nachází již na počátku krystalizace. Těmito vadami jsou oscilační vrásky a zejména podpovrchové kapsy – „hooks“, jejichž povrch je pokryt oxidy a struskou z licího prášku a jejichž mikrostruktura je odlišná od základního materiálu tuhnoucí kůry. Oba jmenované defekty mohou za určitých podmínek vyvolat poruchy odlévání až případně průval. Rozhodující je však zřejmě rozdílné chemické složení obou taveb a jejich smísení. V sekundární zoně chlazení, kde se předlitek začíná napřimovat, může k průvalu dojít vlivem vzrůstající místní chemické a teplotní heterogenity oceli. Proto teplotní model simuloval teplotní historii každého bodu příčného řezu bramou během jeho pohybu celým ZPO od hladiny taveniny v krystalizátoru až po pálicí stroj pro obě tavby a pro jejich směs (s průměrným chemických složením). Výpočet teplotního pole se zaměřil především na část bramy před místem průvalu a v jeho okolí. Výsledky výpočtu byly srovnány graficky vykreslením teplot v charakteristických bodech příčného řezu včetně bodu povrchového, vykreslením izoterem v kritickém příčném řezu procházejícím místem průvalu včetně izolikvidy a izosolidy, vykreslením izoterem v podélných řezech v různé hloubce pod povrchem bramy a vykreslením nárůstu tloušťky ztuhlé kůry. Definice okrajových podmínek bude pro všechny tři varianty výpočtu totožná ve všech chladicích zónách. Použitím off-line verze modelu teplotního pole byly získány výsledky zahrnující vliv termofyzikálních vlastností obou ocelí a technologických parametrů licího stroje. Pro vyjádření vzájemné závislosti vybraných určujících parametrů se předpokládá využití teorie fyzikální podobnosti a odvození podobnostních kriterií. Na výsledky teplotního pole může navázat model chemické heterogenity oceli podpořený provedenou materiálovou expertizou na vzorcích odebraných z místa průvalu.

Original numerical model was applied to the simulation of the transient temperature field of concast steel slab of two different chemical composition. The model solves the Fourier-Kirchhoffs equation of the temperature field of slab- crystallizer system respectively slab-ambient system with these different thermophysical parameters : thermal conductivity, specific heat capacity, density and enthalpy including their dependence on temperature. When both melts follow closely after each other, the critical state of so called break out occurs at a certain point secondary cooling zone of a caster. It is obviously a combination of surface defects. However different chemical composition of two steels and their mixing is apparently decisive. Therefore the temperature model has simulated the temperature history of every point of a cross-section of a slab during its movement through the whole caster from the level of the melt in the crystallizer to the cutting torch for both melts and and for their mixture (with average chemical composition). Calculation of the temperature field of a slab has focused mainly on the part of the slab before the break out and its surroundings. Calculation results were compared graphically by means of a graph of temperatures in characteristic points of the cross section, a graph of isotherms in the critical cross-section passing through the break out including isoliquidus and isosolidus, a graph of isotherms in longitudinal sections and a graph of increase in thickness of a solidified shell. The definition of the boundary conditions for all three variants of calculation are identical in all cooling zones. The results of the temperature field can establish a model of the chemical heterogeneity of steel supported by material expertise on samples taken from the break out.

Plynule litá brama, ocel, chemické složení oceli, termofyzikální vlastnosti, teplotní pole, numerický model, průval

Concastslab, steel, chemical composition of steel, thermo-physical properties, temperature field, numerical model, breakout

2013

10.04.2013

0018-8069

2013

2

53–59

7