Vliv chemického sležení oceli na součinitel přestupu tepla v sekundární chladící zóně při plynulém odlévání oceli

Heat transfer coefficients for the secondary cooling zones in a continuous casting with the effect of steel chemistry

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

ArcelorMittal has developed on-line cooling models to predict the surface temperature distribution of slabs during casting. The model uses heat transfer coefficients experimentally determined by The Heat Transfer and Fluid Flow Laboratory of Brno Technical University (HeatLab Brno). The HeatLab’s standard practice is to determine these coefficients as a function of position under the nozzle, spray water volume, and surface temperature using austenitic stainless steel plates as the substrate. The measured HTCs accurately predicted the surface temperature for a wide range of carbon steels from about 0.04% to 1.0% carbon. While casting 3 % silicon steels on a CSP caster it was noted that the predicted surface temperature was significantly higher than the actual measured surface temperature. This anomaly led to the concern that some of the other grades being cast would also have greatly different HTCs than calculated when using a stainless steel substrate. To determine the effect of steel composition on the experimentally determined HTCs at the HeatLab a series of experiments was conducted. The HeatLab used 9 different steel compositions using the same air mist nozzle and compared the HTCs obtained for the same nozzle operating parameters. The 9 steel grades selected were ultra-low carbon, 0.04% carbon, 1020, 1050, 1523B, 1080, a high aluminum (~1.5% Al) TRIP Steel, 2% silicon steel, and stainless steel. The carbon composition ranges from 0.04 to 0.8 percent and the 1523B has about 20 ppm of boron. All grades investigated had essentially the same HTCs as determined using the standard austenitic stainless steel substrate except for the 2% silicon steel which had HTCs about 100% higher than all other steel grades investigated measured in the slab temperature range greater than 900 oC. Therefore it has been concluded based on this investigation that the HeatLab Brno HTCs derived using their standard austenitic stainless steel substrate can be used for all grades tested except 2% silicon steel.

ArcelorMittal vyvinul on-line modely chlazení pro predikci rozložení teploty na povrchu bramy během plynulého odlévání. Modely využívají součinitele přestup tepla experimentálně zjištěné v Laboratoři přestupu tepla a proudění – VUT v Brně (HeatLab Brno). V laboratoři se stanovuje součinitel přestupu tepla v závislosti na poloze pod tryskou, průtokem vody tryskou a teplotě povrchu pomocí laboratorních testů na autentické nerezové desce. Naměřené hodnoty součinitele přestupu tepla dokáží přesně předpovědět povrchové teploty pro širokou škálu uhlíkových ocelí v rozmezí 0,04-1,0% uhlíku. Při odlévání oceli s 3% křemíku pomocí CSP bylo zaznamenáno, že predikovaná povrchová teplota bramy byla významně vyšší, než skutečně změřená povrchová teplota. Tato anomálie vedla k obavám, že i jiné třídy oceli mohou vykazovat výrazně odlišné součinitele přestupu teple v porovnání s hodnotami změřenými pomocí experimentálních desek z nerezové oceli. Pro stanovení vlivu složení oceli na experimentálně zjištěné součinitele přestupu tepla byla provedena série měření. Bylo použito 9 různých ocelových vzorků s rozdílným chemickým složením. Experimentálně stanovené hodnoty součinitele přestupu tepla byly srovnány při stejných provozních parametrech trysky vodovzdušné trysky. Mezi testovanými typy oceli jsou: ocel s ultra nízkým obsahem uhlíku (0,04% C), 1020, 1050, 1523B, 1080, TRIP ocel – ocel s vysokým obsahem hliníku (~ 1,5% AI), křemíkové oceli (2% Si), a nerezová ocel. Podíl uhlíku v oceli se pohybuje v rozmezí 0,04 do 0,8 procenta, ocel 1523B má přibližně 20 ppm boru. Všechny měřené oceli vykazovaly v podstatě stejné hodnoty součinitele přestupu tepla jako standartní testy prováděné s austenitickou nerezovou ocelí, s výjimkou materiálu s 2% křemíku. Při měřeních s touto ocelí byly hodnoty součinitele přestupu tepla asi o 100% vyšší, než u všech ostatních měřených ocelí při teplotách povrchu vyšších než 900 ° C. Na základě tohoto výzkumu je možno říct, že hodnoty součinitele přestupu tepla změřené v HeatLab Brno s pomocí standartních autentických nerezových desek je možno použít pro všechny testované materiály vyjma křemíkových ocelí s 2% křemíku.

ArcelorMittal has developed on-line cooling models to predict the surface temperature distribution of slabs during casting. The model uses heat transfer coefficients experimentally determined by The Heat Transfer and Fluid Flow Laboratory of Brno Technical University (HeatLab Brno). The HeatLab’s standard practice is to determine these coefficients as a function of position under the nozzle, spray water volume, and surface temperature using austenitic stainless steel plates as the substrate. The measured HTCs accurately predicted the surface temperature for a wide range of carbon steels from about 0.04% to 1.0% carbon. While casting 3 % silicon steels on a CSP caster it was noted that the predicted surface temperature was significantly higher than the actual measured surface temperature. This anomaly led to the concern that some of the other grades being cast would also have greatly different HTCs than calculated when using a stainless steel substrate. To determine the effect of steel composition on the experimentally determined HTCs at the HeatLab a series of experiments was conducted. The HeatLab used 9 different steel compositions using the same air mist nozzle and compared the HTCs obtained for the same nozzle operating parameters. The 9 steel grades selected were ultra-low carbon, 0.04% carbon, 1020, 1050, 1523B, 1080, a high aluminum (~1.5% Al) TRIP Steel, 2% silicon steel, and stainless steel. The carbon composition ranges from 0.04 to 0.8 percent and the 1523B has about 20 ppm of boron. All grades investigated had essentially the same HTCs as determined using the standard austenitic stainless steel substrate except for the 2% silicon steel which had HTCs about 100% higher than all other steel grades investigated measured in the slab temperature range greater than 900 oC. Therefore it has been concluded based on this investigation that the HeatLab Brno HTCs derived using their standard austenitic stainless steel substrate can be used for all grades tested except 2% silicon steel.

součinitel přestupu tepla, sekundární chladící zóna, plynulé odlévání, chladící intenzita,

Heat transfer coefficient, secondary cooling, continuous casting, cooling intensity

2015

09.04.2015

Tanger spol. s.r.o.

Ostrava

978-80-87294-56-7

OCELAŘI 2015

1

59–66

8