Validation of model for predicting surface temperature and quality of continuously cast steel

摘要

Työn tavoitteena oli todentaa kahden Aalto-yliopistossa kehitetyn simulaattorin, IDS (”InterDendritic Solidification”) mikrorakennemallin ja Cast Manager – 3D dynaamisen lämmönsiirtomallin, soveltuvuus jatkuvavaletun teräsaihion pinnanlaadun ennustamiseen.Työn kokeellinen osuus suoritettiin SSAB Europe Oy, Raahen tehtaan jatkuvavalukoneella JVK6. Aihiotarkastusten ja jatkuvavalun reaaliaikaisten sensorien avulla kerättiin tilastollista dataa eri aihiolaatujen ja valukokojen haavoittuvuudesta pintahalkeilulle. Tutkimus keskittyi niobiseosteisiin teräksiin, jotka ovat tunnetusti herkkiä poikittaisille pintahalkeamille.Lämmönsiirtomallin tuloksia verrattiin mittauksiin Raytek MP50 –kaksiväripyrometrista ja FLIR SC660 lämpökamerasta. Kaksiväripyrometrilla mitattiin yläpinnan lämpötilajakauma jatkuvavalun oikaisualueelta ja lämpökameralla jatkuvavalukoneen lopusta. Työn yhteydessä suoritettiin kirjallisuustutkimus, jossa selvitettiin tämänhetkinen ymmärrys jatkuvavalun pintahalkeamien syistä ja syntymekanismeista. Skannaavalla elektronimikroskoopilla tutkittiin kahden jatkuvavaletun aihion mikrorakennetta, erkaumia ja sulkeumia.Tulokset osoittivat, että laadunennustusmalli onnistuneesti ennakoi pintavikojen todennäköisyyden matalaseosteisessa teräslaadussa. Niobiseosteisissa laaduissa esiintyi ongelmia erkaumien vaikutuksen ennustamisessa.Lämmönsiirtomalli antoi erinomaisen tuloksen valunauhan lämpötilajakaumasta valunauhan päältä jatkuvavalukoneen lopusta. Oikaisualueella malli ennakoi systemaattisesti 50 K mittauksia korkeamman lämpötilan. Tähän voivat olla syynä leidenfrost-ilmiön yliarviointi tai pyrometrin huono kalibrointi.Elektronimikroskooppimittaukset näyttivät, että niobi(nitro)karbidierkaumat suosivat ydinty-mispaikkoina austeniitin raerajoja, titaani-vanadiinikarbidierkaumia ja mangaanisulfidisulkeumia. Noin 5 mikrometrin erkaumavapaa-alue havaittiin ydintymispaikkojen läheisyydessä. Titaaniseostuksen havaittiin tilastollisesti parantavan aihion pinnanlaatua, minkä arvioitiin johtuvan sen myönteisestä vaikutuksesta keskimääräiseen erkaumakokoon.