Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
A vaslemez hőátviteli együtthatójának meghatározása kulcsfontosságú a folyamatos öntési folyamatokban alkalmazott másodlagos hűtési rendszerek tervezése és működtetése szempontjából. A pontos hőátviteli együttható szükséges ahhoz, hogy a hűtés hatékonyságát biztosítani lehessen, valamint hogy a hőmérsékleti eloszlások megfelelőek maradjanak a lemez szilárdulásának során. Az alábbiakban bemutatott képletek és kutatások a vaslemez másodlagos hűtésében alkalmazott hőátviteli együtthatók széles spektrumot ölelik fel, és lehetővé teszik azok pontos meghatározását különböző körülmények között.
A hőátviteli együttható meghatározására számos kutatás adott meg konkrét képleteket, mint például Ishiguro és társai (2.92), akik a következő formulát javasolják:
Vagy Shimada és kollégái, akik más megközelítést alkalmaztak:
Ez utóbbiak alapján az együttható függ a hűtővíz áramlási sebességétől, valamint annak hőmérsékletétől, amely a hűtési zónákban fokozatosan változik. Az alkalmazott képletek különböző kutatási feltételek mellett készültek, így ezek közvetlen használata nem ajánlott anélkül, hogy figyelembe vennénk az adott öntési környezetet és a lemez felületének sajátos hőátadási jellemzőit.
A különböző kutatók által bemutatott formulák és módszerek hatékonyságának megértése érdekében szükséges az inverz számítási modell alkalmazása, amely a bisection (felezési) módszert használja a hőátviteli együtthatók meghatározására. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a lemez felületén mért hőmérsékletek alapján meghatározzuk a különböző hűtési zónákban alkalmazott pontos hőátviteli együtthatókat, figyelembe véve a hűtési víz áramlási sebességét és a hűtési szintet.
A modell segítségével a hőátviteli együttható iteratívan kerül meghatározásra a felületi hőmérsékletek alapján, a konvergenciát pedig akkor érik el, amikor a különbség a számított és a kívánt célhőmérséklet között kisebb vagy egyenlő, mint 0.01 °C. Az alábbi folyamatábra szemlélteti az együtthatók meghatározásának menetét, figyelembe véve a lemez különböző hűtési zónáiban mért hőmérsékleti adatokat.
Fontos, hogy a hőátviteli együtthatók változóak a hűtési zónák között, és a számított értékek jelentősen eltérhetnek az egyes kutatók által javasolt képletek alapján kapott eredményektől. Így a modell alkalmazása lehetőséget biztosít arra, hogy a másodlagos hűtési zónák különböző paramétereihez optimális hűtési stratégiákat alakíthassunk ki, biztosítva a lemez felületének gyors és egyenletes hűtését.
A szilárdulási folyamat során figyelembe kell venni a mechnikai határfeltételeket is, melyek a szilárduló lemez deformációjára és hőmérsékleti változásaira vonatkoznak. A szimmetrikus széles felület, valamint a formázó hengerekkel való érintkezés közötti interakciókat is számításba kell venni, mivel ezek jelentős hatással vannak a hőátadási folyamatokra. A hőátviteli koefficiens a szilárdulás során csökken, különösen az elsődleges hűtési zónákban, ahol a legnagyobb hőelvonás történik, azonban a későbbi szakaszokban a hőmérséklet csökkenése lassul.
A modellezés során alkalmazott hőátadási paraméterek figyelembe vétele, valamint a hőmérséklet-eloszlás alapján végzett további finomítások segíthetnek a hűtési folyamat optimalizálásában, hogy elkerülhetőek legyenek az olyan problémák, mint a keresztirányú repedések, amelyek gyakran előfordulnak a hűtési zónák határfelületein.
Fontos szem előtt tartani, hogy az elméleti számítások mellett a kísérleti mérések és az alkalmazott inverz számítási modellek kölcsönhatásai jelentős szerepet játszanak a gyártási folyamatok optimalizálásában. A pontos hőátviteli együtthatók és a hőmérsékleti profilok meghatározása nélkülözhetetlen ahhoz, hogy a folyamatos öntés során a kívánt minőségi paraméterek teljesíthetőek legyenek.
A slab sarkainak hő- és mechanikai viselkedése a másodlagos hűtés alatt
A slab (öntött acéllemez) termikus és mechanikai viselkedése a gyártás során alapvető szerepet játszik a minőség és a deformációk, például a sarkon keletkező repedések megelőzésében. A másodlagos hűtés szakaszában különösen fontos megérteni a slab szerkezetében végbemenő stressz és deformációk eloszlását. Ezen szakasz alatt a slab különböző területein eltérő hőmérsékleti és mechanikai hatások lépnek fel, amelyek közvetlenül befolyásolják az acéllemez szilárdságát és alakváltozásait.
A szakképzett technológiai folyamatok során, például a hengermunkálás során, jelentős mértékű deformációkat tapasztalhatunk. A hullámzó feszültség- és deformációs eloszlás jellemzően a széles és szűk oldalakon mutatkozik, ami közvetlenül hat a slab szilárdságára. A hengerlés során, különösen a hengerek lecsökkentésekor, az anyag belső ívénél jelentkező deformációk kritikusak lehetnek. Az ilyen jellegű feszültségek és deformációk, különösen a szilárdítófrontoknál, nagy eséllyel belső repedéseket okozhatnak, amelyek hosszú távon a termék minőségét is befolyásolják.
A slab szegmensek hengerlése során a legnagyobb plasztikus deformációk az öntési irányú feszültségek miatt a belső ív közelében keletkeznek, ahol a slab szilárdítófrontja transzverzális irányban feszültséget szenved. Ezen kívül a csökkent hőmérséklet és az anyag nagyobb ellenállása az alakváltozással szemben jelentős különbségeket eredményez a feszültségeloszlásban. A corneri repedések kialakulása különösen ott valósul meg, ahol az öntési és hűtési folyamatok nem egyenletesek, és a csökkentett hengerlési zónák metszéspontjában koncentrálódnak a feszültségek.
A kutatás során kiderült, hogy az öntési sebesség növelése és a csökkentési zónák megfelelő elosztása, különösen az egyes szegmensek között, jelentős mértékben csökkentheti a corneri repedések előfordulását. Az acéllemez szilárdulásának optimalizálása, a csökkentett hengerlési zónák és az egyenletes hűtés alkalmazása kulcsfontosságú a repedések megelőzésében. Az anyagok megfelelő mechanikai és hőmérsékleti viselkedésének egyensúlyban tartása nemcsak a minőségi problémák megelőzését szolgálja, hanem a termelési folyamatokat is hatékonyabbá teszi.
Az új fejlesztések között szerepel a slab sarkainak hatékony hőátadását biztosító öntőformák kifejlesztése. Az ilyen típusú öntőformák célja a gyorsabb hűtés, amely segít csökkenteni a karbidok túlzott csapódását, miközben finomítja a slab struktúráját. A hőátadás javítása érdekében a hagyományos öntőformákhoz képest új, kiemelkedett, konvex szerkezetekkel rendelkező formákat alkalmaznak, amelyek képesek kompenzálni a szilárdulás miatti zsugorodást, így elősegítve a jobb hőátadást.
A slab sarok repedéseinek csökkentéséhez tehát elengedhetetlen a pontos hőmérséklet-kontroll, az anyag mechanikai viselkedésének figyelembevétele és az egyenletes hengerlés alkalmazása. Az öntési folyamatok optimalizálása, a hőmérséklet és a feszültség eloszlásának hatékony szabályozása, valamint az új formák bevezetése biztosítja, hogy az acéllemez sarok nélküli repedésekkel és maximális szilárdsággal kerüljön ki a gyártósorból.
Miért fontos a vékony lemezek folyamatos öntése és hengedése az acélipar számára?
A vékony lemezek folyamatos öntésének és hengedésének technológiája jelentős változásokat hozott az acéliparban, különösen a szalagacélek gyártásában. Ezt a folyamatot a vékony lemezek öntésére és hengedésére alkalmazott új gyártósorok tették lehetővé, amelyek kulcsfontosságúak az iparág zöld gyártási folyamatainak fejlesztésében. A vékony lemezek folyamatos öntése és hengedése nem csupán a hagyományos hosszú folyamatú szalagacélygyártás helyettesítésére szolgál, hanem alapvetően hozzájárul az acél gyártási hatékonyságának és fenntarthatóságának növeléséhez.
A technológia alapja a vékony lemezek öntésére szolgáló folyamatos öntőgép, az egyenletes fűtőkemence (vagy elektromágneses indukciós fűtés) és a kompakt hengelő rendszer. A megolvadt acél 20-100 mm vastagságú vékony lemezzé alakul a formán, másodlagos hűtésen és egyéb munkafázisokon keresztül, majd közvetlenül az egyenletes fűtőkemencébe kerül, vagy a forró hengelő géphez, ahol meleg hengelt tekercs lesz belőle. Az eljárás sikeres fejlesztése és alkalmazása alapvetően átalakította a hagyományos hosszú folyamatú szalagacél gyártást, és fontos szerepet játszik a jelenlegi zöld gyártási folyamatokban világszerte.
A vékony lemezek folyamatos öntésére és hengedésére szolgáló gyártósorok az 1980-as évek vége óta fejlődtek, és azóta széles körben alkalmazzák őket az Egyesült Államokban, Európában és Kínában. Az iparági fejlődés legfontosabb jellemzője az "endless rolling" (végtelen hengelés) technológia, amely először 2009-ben került ipari alkalmazásra. Ez a harmadik ipari forradalomnak tekintett új technológia az acéliparban a legmodernebb hengelt szalaggyártást jelenti. A Rizhao Steel és más kínai acélművek sikeresen alkalmazták az új ESP (endless strip production) gyártósorokat, amelyek képesek minimális, 0,6 mm-es vastagságú hengelt szalagok előállítására. Az endless rolling technológia sikeres ipari alkalmazása lehetővé tette a hatékony, nagyszabású, és alacsony költségű ultra-vékony szalagok előállítását.
A vékony lemezek öntése és hengedése gyors ütemben fejlődik, és a gyártási sebesség folyamatosan nő. Míg a hagyományos vékony lemezek öntésének sebessége 3,5–4,3 m/perc között mozog, az újabb gyártósorok – például az Arvedi és Rizhao Steel ESP sorai – 5,5–6,0 m/perc sebességre képesek, ami jelentősen növeli a termelési kapacitást. A legfejlettebb rendszerek, mint a Pohang (Dél-Korea) gyártósora, akár 8 m/perc sebességet is elérnek, így további előnyöket biztosítanak a termelési kapacitás növelésében.
A vékony lemezek folyamatos öntése és hengedése nem csupán a gyártási sebességben és a hatékonyságban hozott előrelépéseket, hanem a feldolgozott acél típusok körét is szélesítette. Az első időszakban elsősorban egyszerű széntartalmú acélokat gyártottak ezen a technológián, de a fejlesztések hatására ma már magas széntartalmú és mikroalloyált acélok, például titán, niobium, vanádium, bór és alumíniumtartalmú acélok is előállíthatók. Ez a széles acélminőség-paletta különösen fontos szerepet játszik a modern ipari alkalmazásokban, ahol a különféle mechanikai és kémiai tulajdonságok egyre fontosabb szerepet kapnak.
Ezeket a fejlesztéseket nemcsak az iparági szereplők számára, hanem a globális versenyben való sikeres részvétel szempontjából is kulcsfontosságú figyelembe venni. Különösen Kína és India az a két ország, amelyek kiemelkednek a vékony lemezek gyártásában és alkalmazásában, mivel az ő gyártósoraik a legnagyobb kapacitással rendelkeznek. Kína egyedül több mint 35%-át adja a világ vékony lemezes öntésére és hengedésére alkalmazott technológiai kapacitásoknak, miközben az ország számos új gyártósor építését tervezi.
A technológiai előrelépéseknek köszönhetően a vékony lemezek folyamatos öntése és hengedése nemcsak az ipari termelést tette hatékonyabbá, hanem hozzájárult a fenntartható acélgyártás fejlődéséhez is. A modernizált gyártósorok nemcsak csökkentik a környezeti hatásokat, hanem alacsonyabb energiaköltségeket és jobb minőségű termékeket is eredményeznek. Az ipari forradalom ezen szakasza azt jelenti, hogy az acélipar a jövőben képes lesz egyre magasabb színvonalú, ugyanakkor fenntarthatóbb termelésre.