UDK 669.14.018.8:669-147:536.1 Strokovni članek
ISSN 1318-0010 MATER. TEHNOL. 34(3-4)169(2000)
A. KOSMAČ ET AL.: MERITVE TEMPERATURNEGA POLJA NA POVRŠINI…
MERITVE TEMPERATURNEGA POLJA NA POVRŠINI
KONTILITIH SLABOV IZ AVSTENITNEGA
NERJAVNEGA JEKLA
TEMPERATURE FIELD MEASUREMENTS ON CONTINUOUS CASTING AUSTENITIC STAINLESS STEEL SLABS
Alenka Kosmač, Toni Kozjek, Semjon Ili}
SŽ ŽJ Acroni, d.o.o., Cesta B. Kidriča 44, 4270 Jesenice, Slovenija
Prejem rokopisa - received: 1999-12-20; sprejem za objavo - accepted for publication: 2000-02-09
Prispevek obravnava rezultate in izvedbo meritev temperaturnega polja na površini kontilitih (KL) slabov iz avstenitnega nerjavnega jekla. Z uporabo infrardečega vrstičnega merilnika temperature Landscan LS113 smo določili termično stanje žile in temperaturne razlike na površini slabov. Rezultati meritev potrjujejo nastanek vročih točk na mestih, kjer se na kontilitih slabih najpogosteje pojavljajo razpoke in depresije.
Ključne besede: nerjavna jekla, avstenitna; kontinuirno ulivanje, temperaturno polje, meritve
Results and experimental procedure of the temperature field measurement on the surface of continuous casting (CC) austenitic stainless steels are described. The infrared linescanner Landscan LS113 was used for determination of the thermal strand state and temperature differences on the slab surface. The results obtained, confirmed the presence of hot spots on the surface, where cracks and surface depessions are the most frequent.
Key words: stainless steel, austenitic, continuous casting, temperature field, measurement
1  UVOD
Pri izdelavi avstenitnih nerjavnih jekel so se na luženi površini toplo valjanih trakov pojavljale luskine, in sicer v glavnem v pasovih približnolOO mm od roba traku.
Pri natančnem pregledu in spremljanju celotne tehnološke poti smo opazili:
-  depresije na kontilitih slabih
-  lokacija depresij oz. razpok na kontilitih slabih je sovpadala z lokacijo luskin.
Z vrstičnim merilnikom temperature smo merili temperaturno polje na površini kontilite žile nerjavnih jekel pri izstopu iz naprave za kontinuirao ulivanje (12. segment). Tako smo identificirali termično stanje žile in temperaturne razlike na površini slaba.
2  TEORETIČNE OSNOVE
Napake pri strjevanju in nastanek vročih točk Wolf1 navaja, da so avstenitna nerjavna jekla nagnjena k neenakomerni rasti strjene skorje, s poudarjeno hrapavostjo površine - navadno v obliki prečnih depresij. Temperatura površine v depresiji je visoka, kar povzroča nastanek vročih točk s slabo mehansko odpornostjo. Hkratno naraščanje velikosti kristalnih zrn v mikro-strukturi lahko ravno tako zmanjša duktilnost pri visoki temperaturi.2 Pri ogljikovih jeklih je največja nevarnost tvorbe razpok in prodora na vročih točkah v soodvisnosti z ohlajevalnimi razmerami v bližini vogala slaba.
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 3-4
Po Thomas-u3 izhajajo vzroki za nastanek luskin že iz samega litja v slabe. Zaradi velikega ferostatičnega tlaka na strjen plašč (skorja) žile, se vogal, ki se hladi z dveh strani, najhitreje ohladi in postane veliko trdnejši od druge strjene skorje. Robovi se zaradi hitrejšega ohlajanja krčijo hitreje kot drug material, zato nastane reža, ki se povečuje z dolžino kokile. Velikost reže (in s tem toplotnega toka) je odvisna od tega, kako hitro se skorja krči, od ferostatičnega pritiska, ki jo potiska navzven, hitrosti ulivanja, sposobnosti za prevajanje toplote staljenega praška v kokili in koničnosti kokile. Na ravnih področjih pa zmanjšano hitrost toplotnega toka spremljajo preko reže "vroče točke" na površini jekla.Vroče točke se ujemajo s tanjšo skorjo na teh mestih. Med strjeno skorjo in kokilo je odvod toplote slabši, kar je vzrok za nastanek tanjše strjene skorje, kar lahko povzroči celo prodor taline. Vroče točke so vzrok
Slika 1: Lokacija depresij in razpok na kontilitem slabu
Figure 1: Surface depressions and cracks on continuous casting slab
169
A. KOSMAČ ET AL.: MERITVE TEMPERATURNEGA POLJA NA POVRŠINI…
za napetosti in razpoke v plasti 2 - 6 mm pod površino skorje. Napetost, ki je potrebna za nastanek razpok, je samo 1% natezne trdnosti, ki jo material zdrži pri sobni temperaturi, to je približno 6 N/mm2. Thomas med vzdolžne napake navaja 2 - 5 mm globoke depresije, ki so značilne zlasti za nerjavna jekla in razpoke pod površino na isti lokaciji pri ogljikovih jeklih, ki so občutljiva za razpoke. Avtor ne omenja pojava razpok na avstenitnih nerjavnih jeklih.
Shematski prerez slaba z depresijami prikazuje slika 1.
3 IZVEDBA MERITEV
Izvedba meritev je potekala z uporabo vrstičnega merilnika temperature Landscan LS 1134. To je zelo hitri infrardeči termometer, ki preko rotirajočega ogledala zajema temperaturo prečno na pomik valjanega traku ali slaba. S pomikanjem valjanega traku ali slaba in merjenimi prečnimi odčitki temperature nastane dvodimenzionalna temperaturna matrika.
Merilno območje uporabljenega merilnika je 800-1400°C, točnost meritve ±0,1°C. Kot skeniranja je 60°, največja oddaljenost od merilnega objekta pa je 9m. Hitrost rotacijske merilne glave je nastavljiva, in sicer v območju 5-25HZ ali meritev na sekundo. Vsaka linijska meritev lahko vsebuje 1000 merjenih točk, optimalno število brez prekrivanja je 314 na fokusni razdalji merjenega objekta 1200mm.
Lokacija merilne glave vrstičnega termometra je bila na izstopu žile iz dvanajstega segmenta naprave za kontinuirao ulivanje (slika 2). Zaradi velike intenzitete toplotnega sevanja med ulivanjem nerjavnih jekel je bila izvedba meritev zelo zahtevna, saj je dovoljena temperatura merilne glave le 50°C. Merilnik je bil postavljen na konzolnem nosilcu, oddaljen 1630 mm od KL žile. Zaradi sevanja, ki prihaja v merilno glavo skozi odprtino optične glave, je treba odvesti veliko količino toplote iz naležne strani naprave, za kar je potreben močan pretok hladilne vode. Med ulivanjem je meritve nemogoče prekiniti zaradi nedostopnosti merilnega mesta inzelo visokih temperatur. Pri tem je treba poudariti, da je bil merilnik (merilna glava tip LS 113) namenjen za spremljanje temperature slabov pred vročim
Termoskener
Slika 2: Prikaz postavitve vrstičnega merilnika temperature ob izstopu iz kontinuirne livne naprave
Figure 2: Location of termoscanner above continuous casting strand 170
Slika 3: Temperaturno polje, prva šarža, začetek ulivanja Figure 3: Temperature field onslab surface, heat 1, start
valjanjem in ne za meritve in kontrolo temperaturnega polja na njihovi površini med kontinuirnim ulivanjem.
4 REZULTATI MERITEV
Meritve smo izvajali na avstenitnem nerjavnem jeklu AISI 316Ti, in sicer pri dveh različnih šaržah (v nadaljevanju šarža 1 in šarža 2).
Šarža 1
Slika 3 prikazuje zapis meritve temperaturnega polja na površini slaba, šarža 1 - začetek ulivanja.
Razlika med temperaturo v sredini slaba in najto-plejšo točko je bila 13°C (presečišči črtkane in polne črte).
Na sliki 4 je prikazana raztresenost temperatur -začetek ulivanja.
Slika 4: Temperaturni profil vzdolžno na smer ulivanja, šarža 1,
začetek ulivanja
Figure 4: Temperature profile - longitudinal, heat 1, start
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 3-4
A. KOSMAČ ET AL.: MERITVE TEMPERATURNEGA POLJA NA POVRŠINI…
Sliki 5 in 6: Temp. profil po širini slaba, začetek ulivanja in po 7min, šarža 1
Figures 5 and 6: Temperature profile - transverse, start and after 7min, heat 1
Na slikah 5 in 6 je prikazantemperaturni profil po širini slaba na začetku ulivanja (slika 5) inpo približno 7min (slika 6). Na temperaturnem profilu so jasno vidne vroče točke na obeh straneh in padec temperature na
Slika 7: Temperaturni profil vzdolžno na smer ulivanja, šarža 2,
začetek ulivanja
Figure 7: Temperature profile - longitudinal, heat 2, start
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 3-4
Sliki 8 in 9: Temp. profil po širini slaba, začetek ulivanja in po 7min, šarža 2
Figures 8 and 9: Teperature profile - transverse, start and after 7min, heat 2
sredini žile. Iz primerjave slik je razvidno, da oblika temperaturnega profila ostaja ves čas enaka. Temperatura vročih točk narašča in je na začetku ulivanja 944°C, nato pa naraste na 956°C.
Šarža 2
Povprečne temperature pri šarži 2 so bile precej nižje od šarže 1 (slika 7). Kljub nižjim povprečnim temperaturam pa so tudi na tem slabu jasno vidne vroče točke. Razlika med temperaturo na sredini površine in vročo točko je 10°C.
Na slikah 8 in 9 je prikazantemperaturni profil šarže 2. Čas od začetka ulivanja je enak kot pri šarži 1 - sliki 5 in 6. Iz primerjave temperatur vročih točk šarže 1 in2 se da ugotoviti, da je na začetku ulivanja pri šarži 2 temperatura vroče točke nižja za 90°C, po 7 minutah pa je razlika temperatur vročih točk 75°C.
5 SKLEPI
Dokazali smo pojav razpok pod depresijami tudi pri ulivanju avstenitnih nerjavnih jekel.
171
A. KOSMAČ ET AL.: MERITVE TEMPERATURNEGA POLJA NA POVRŠINI…
Uspelo nam je točno identificirati in locirati vroče točke na površini slabov iz avstenitnih nerjavnih jekel. V povezavi z depresijami inrazpokami 2-6mm pod površino te točke pomenijo potencialno mesto za nastanek luskin.
S koordinatami smo lahko za vsako točko natančno določili temperaturo na površini slabov po izhodu iz 12. segmenta kontinuirne livne naprave.
6 LITERATURA
1 M. Wolf, Ironmakingand Steelmaking, 13 (1986) 5, 248
2 Y. Maehara, K Yasumoto, Y.Sugitani, K.Gunji: Trans. Iron Steel Inst.,25 (1985) 1045
3 B.G. Thomas, Steelmakingconference proceedings, 1991, 105-116
4 Land Infrared Ltd.: Infrared Linescan Systems, Publication LSSW 4.1/0696 (1996)
172
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 3-4