BR102014006831A2 - Continuous Casting Machines Mold Friction Evaluation Method - Google Patents
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Abstract
método de avaliação da fricção do molde de máquinas de lingotamento contínuo a presente invenção refere-se ao controle e monitoramento do processo de solidificação do aço nos moldes de lingotamento contínuo através da determinação do coeficiente de fricção entre as placas co molde e o veio, combinando dois métodos conhecidos: medição da tensão de fricção e das forças atuando nas placas laterais do molde. o monitoramento do coeficiente de fricção do molde em tempo real pode ser interpretado e utilizado para determinar a qualidade de processo e problemas de qualidade, pois o coeficiente de fricção permite uma comparação entre os formatos, tipos de aço e as velocidades de lingotamento.Continuous Casting Machine Mold Friction Evaluation Method The present invention relates to the control and monitoring of the steel solidification process in the continuous casting molds by determining the coefficient of friction between the mold plates and the shaft, combining two known methods: measurement of frictional stress and forces acting on the mold side plates. Real-time mold friction coefficient monitoring can be interpreted and used to determine process quality and quality problems as the friction coefficient allows a comparison between shapes, steel types and casting speeds.
Description
"MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA FRICÇÃO DO MOLDE DE MÁQUINAS DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO" CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION FIELD OF THE INVENTION FIELD OF THE INVENTION
[1] A presente invenção se insere no campo de aplicação da química, física, matemática, engenharia mecânica e, mais especificamente, metalurgia, uma vez que se refere ao desenvolvimento de um método de avaliação do coeficiente de fricção do molde das máquinas de lingotamento contínuo.[1] The present invention falls within the field of application of chemistry, physics, mathematics, mechanical engineering and, more specifically, metallurgy, as it relates to the development of a method of evaluating the cast friction coefficient of casting machines. continuous.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
[2] No lingotamento continuo, um pó fluxante é adicionado ao menisco do molde. Ele sinteriza, derrete e espalha-se sobre a superfície livre do aço liquido dependendo da forma da superfície e do fluxo de aço liquido. Durante cada curso de oscilação, a escória liquida é transferida do menisco para a lacuna entre a pele de veio. e as placas do molde, onde atua como um lubrificante, enquanto permanece líquido. Forma-se uma camada de escória sólida na parede do molde e uma borda de fluxo no menisco. A Figura 1 mostra um esquema típico do processo de molde no lingotamento contínuo.[2] In continuous casting, a flux powder is added to the mold meniscus. It sinteres, melts and spreads over the free surface of liquid steel depending on the surface shape and flow of liquid steel. During each oscillating stroke, the liquid slag is transferred from the meniscus to the gap between the spindle skin. and the mold plates, where it acts as a lubricant while remaining liquid. A layer of solid slag forms on the mold wall and a flow border on the meniscus. Figure 1 shows a typical scheme of the continuous casting mold process.
[3] A pressão ferrostática dentro do veio empurra a pele não suportada contra as placas do molde, causando fricção entre a pele e as placas do molde oscilantes. Nos cantos do molde, a pele pode encolher-se para formar uma lacuna, por isso a fricção criada lá é geralmente insignificante. No entanto, a fricção na parte inferior das faces estreitas torna-se uma fonte significativa de fricção, se a conicidade excessiva das placas laterais deforma a pele das faces largas. Finalmente, também um desalinhamento entre o molde e o veio pjode causar fricção excessiva.[3] Ferrostatic pressure within the shaft pushes unsupported skin against the mold plates, causing friction between the skin and the oscillating mold plates. At the corners of the mold, the skin may shrink to form a gap, so the friction created there is usually negligible. However, friction on the underside of narrow faces becomes a significant source of friction if excessive taper of the side plates deforms the skin of the broad faces. Finally, misalignment between the mold and shaft may also cause excessive friction.
[4] A camada de escória interfacial entre a pele de veio solidificada e a placa do molde domina a resistência à remoção de calor e controla a transferência de calor no molde. Os defeitos superficiais como trincas longitudinais têm sido atribuídas à variação de lubrificação. Assim, uma compreensão melhor da fricção entre as placas do molde e o veio é importante para a qualidade do produto lingotado e a compreensão do processo de solidificação no molde em si.[4] The interfacial slag layer between the solidified shaft skin and the mold plate dominates the heat removal resistance and controls the heat transfer in the mold. Superficial defects such as longitudinal cracks have been attributed to lubrication variation. Thus, a better understanding of the friction between the mold plates and the shaft is important for the quality of the ingot product and the understanding of the solidification process in the mold itself.
[5] Hoje em dia, a força de fricção pode ser determinada através do processamento digital da posição do oscilador e a pressão hidráulica nos cilindros do oscilador durante um curso de trabalho. A Figura 2 mostra a força de oscilação, o curso em função do tempo e ambos os valores em um processo cíclico.[5] Today, frictional force can be determined by digitally processing the oscillator position and the hydraulic pressure on the oscillator cylinders during a course of work. Figure 2 shows the oscillating force, the course as a function of time and both values in a cyclic process.
[6] Vários fornecedores das máquirJas de lingotamento contínuo, utilizam esta tecnologia. A área dentro deste processo cíclico conforme a Figura 2 é conhecida como o "trabalho a quente" [Joule], que o oscilador tem que fornecer durante lingotamento (veja Figura 3). O trabalho a quente depende das condições de lubrificação entre o veio e as placas do molde, o formato do veio e o curso de oscilação. No próximo passo, a força de fricção média é determinada através da divisão do trabalho à quente pelo curso da oscilação, mostrado na Figura 3, [7] Mais uma divisão da força de fricção média pela área de contato (circunferência do molde multiplicado com o comprimento do molde ativo) resulta em uma tensão de fricção rfric- Este cálculo é feito em tenpo real e é estado da técnica.[6] Several suppliers of continuous casting machines use this technology. The area within this cyclic process according to Figure 2 is known as the "hot work" [Joule], which the oscillator has to provide during casting (see Figure 3). Hot work depends on the lubrication conditions between the shaft and mold plates, the shaft shape and the oscillating stroke. In the next step, the average friction force is determined by dividing the hot work by the oscillation stroke, shown in Figure 3, [7] Another division of the average friction force by the contact area (mold circumference multiplied with the active mold length) results in a friction stress rfric- This calculation is made in real tenpo and is state of the art.
[8] A determinação da tensão de fdicção teoricamente não se restringe apenas aos osciladores hidráulicos. A força de oscilação também pode ser determinada através da aplicação de medidores de alongamento nas partes dos osciladores mecânicos.[8] The determination of the friction voltage theoretically is not restricted to hydraulic oscillators only. Oscillating force can also be determined by applying elongation meters to the parts of the mechanical oscillators.
[9] A tensão de fricção varia, dependendo do formato do veio e as condições de lubrificação, entre 10 e 40 kN/m2. Baseado neste monitoramento, especialistas de lingotamento já ' podem detectar alguns , problemas- de qualidade e do processo. Este valor depende do formato do veio, velocidade de lingotamento, condições de fundição do pó fluxante, propriedades do aço,, propriedades do pó fluxante entre outros.[9] Frictional tension varies, depending on shaft shape and lubrication conditions, between 10 and 40 kN / m2. Based on this monitoring, casting specialists can already detect some quality and process problems. This value depends on the shaft shape, casting speed, flux flux casting conditions, steel properties, flux flux properties among others.
[10] Uma interpretação ou determinação de problemas de qualidade através da tensão de fricção não é fácil, ou às vezes impossível, pois sempre falta um valor de referência.[10] An interpretation or determination of quality problems through frictional stress is not easy, or sometimes impossible, as a reference value is always missing.
[11] Moldes de lingotamento podem ser equipados com o sistema de troca de largura hidráulico (como o sistema da Siemens VAI) proporcionando uma possibilidade simples da determinação das forças atuando nas faces estreitas do molde. Basta instalar sensores de pressão aos cilindros hidráulicos, como mostrado na Figura 4.[11] Ingot molds can be equipped with the hydraulic width change system (such as the Siemens VAI system) providing a simple possibility of determining forces acting on the narrow faces of the mold. Simply install pressure sensors to the hydraulic cylinders as shown in Figure 4.
[12] Este método é bem conhecido, mias, devido à falta dos benefícios práticos desta informação adicional, este método não é aplicado amplamente. Sistemas de troca de largura mecânicos não oferecem esta possibilidade simples para determinar as forças das placas laterais. Mais uma vez, uma aplicação de medidores de alongamento nas hastes de ajuste poderia ser uma saída possível.[12] This method is well known, but due to the lack of practical benefits of this additional information, this method is not widely applied. Mechanical width shifting systems do not offer this simple possibility for determining side plate forces. Again, applying stretching meters to the adjusting rods could be a possible way out.
[13] Com isso, seria importante na avaliação da qualidade do processo de lingotamento continuo, a utilização de dados com valores de referência para que possíveis problemas possam ser detectados em tempo real e analisados. A presente invenção propõe a determinação do coeficiente de fricção do molde e um método de avaliação do mesmo para monitoramento da qualidade do processo.[13] Therefore, it would be important to evaluate the quality of the continuous casting process to use benchmarked data so that potential problems can be detected in real time and analyzed. The present invention proposes the determination of the mold friction coefficient and a method of its evaluation for process quality monitoring.
ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE
[14] 0 pedido de patente US 6,487,504 refere-se à um método para a determinação da fricção entre o veio e o molde durante lingotamento continuo com um molde oscilante. O método inclui medir com o uso de cilindros hidráulicos de ação dupla e com uma frequência de medição pré-determinada as pressões de sempre ambas as câmaras de todos os cilindros oscilantes, bem como a elevação das posições dos pistões correspondente a essas pressões, e 'computação da força de fricção atuando em. qualquer momento entre o veio e as paredes do molde a partir de tais dados.[14] US patent 6,487,504 relates to a method for determining the friction between shaft and mold during continuous casting with an oscillating mold. The method includes measuring with the use of double acting hydraulic cylinders and with a predetermined measuring frequency the pressures of both chambers of all oscillating cylinders as well as the elevation of the piston positions corresponding to these pressures, and ' computation of frictional force acting on. any time between the shaft and the mold walls from such data.
[15] Esta tecnologia está implementada em sistemas de monitoramento do processo de molde de vários fornecedores das máquinas de lingotamento e é um fundamento desta invenção. Ela monitora o valor absoluto da tensão de fricção, porém essa informação é insuficiente para determinar problemas de qualidade ou de processo com a precisão necessária, pois este valor absoluto não permite uma comparação com um valor de referência entre os formatos de veio, os tipos de aço e as velocidadei de lingotamento.[15] This technology is implemented in mold process monitoring systems from various casting machine suppliers and is a foundation of this invention. It monitors the absolute value of the friction stress, but this information is insufficient to determine the quality or process problems with the required accuracy, as this absolute value does not allow a comparison with a reference value between the shaft shapes, the types of steel and casting speeds.
[16] O objetivo da presente invenção é o desenvolvimento de um método de avaliação do coeficiente de fricção do molde das máquinas de lingLtamento continuo, para que o mesmo possa ser interpretado e utilizado na determinação da qualidade de processo e de problemas de qualidade, pois o coeficiente de fricção permite uma comparação entre os formatos, tipos de aço e as velocidades de lingotamento. O valor apenas muda, se a própria fricção muda.[16] The aim of the present invention is to develop a method of evaluating the mold friction coefficient of continuous casting machines so that it can be interpreted and used in determining process quality and quality problems, since The coefficient of friction allows a comparison between the shapes, types of steel and the casting speeds. The value only changes if the friction itself changes.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
[17] A presente invenção refere-se ao controle' e monitoramento do processo de solidificação do aço nos moldes de lingotamento continuo através da determinação do coeficiente de fricção entre as placas do molde e o veio, combinando dois métodos conhecidos: medição da tensão de fricção e das forças atuando nas placas laterais do molde. A avaliação deste coeficiente é realizada em tempo real para que tais dados possam ser utilizados no controle de qualidade do mesmo.[17] The present invention relates to the control and monitoring of the steel solidification process in continuous casting molds by determining the coefficient of friction between the mold plates and the shaft by combining two known methods: friction and forces acting on the mold side plates. The evaluation of this coefficient is performed in real time so that such data can be used in its quality control.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[18] A Figura 1 mostra uma ilustração esquemática dos fenômenos que ocorrem na região do molde de uma máquina de lingotamento continuo de placas.[18] Figure 1 shows a schematic illustration of phenomena that occur in the mold region of a continuous slab casting machine.
[19] A Figura 2 representa graficamente a força e o curso da oscilação durante lingotamento.[19] Figure 2 graphically shows the strength and stroke of the oscillation during casting.
[20] A Figura 3. representa graficamente o cálculo da força de fricção através do trabalho a quente.[20] Figure 3. graphs the calculation of frictional force through hot work.
[21] A figura 4 mostra a medição das forças atuando nas placas laterais através de sensores c.e pressão.[21] Figure 4 shows the measurement of forces acting on the side plates by means of pressure sensors.
[22] A Figura 5 mostra as forças atuando nas placas laterais do molde.[22] Figure 5 shows the forces acting on the mold side plates.
[23] A Figura 6 representa graficamente a força inferior das placas laterais, trabalho a quente e ■ coeficiente de fricção em função do tempo. A força e o trabalho a quente muda com o tempo, ao contrario, o coeficiente de fricção não muda significadamente.[23] Figure 6 graphically shows the lower force of the side plates, hot work and ■ coefficient of friction as a function of time. The strength and hot work change over time, in contrast, the coefficient of friction does not change significantly.
[24] A Figura 7 representa graficarr.ente o coeficiente de fricção em função da velocidade de lingotamento.[24] Figure 7 graphically represents the coefficient of friction as a function of casting speed.
[25] A Figura 8 representa graficamente a tensão de fricção, a pressão perpendicular e o coeficiente de fricção resultante para vários formatos e tipo de aços.[25] Figure 8 graphs the frictional stress, perpendicular pressure and the resulting coefficient of friction for various shapes and types of steels.
[26] A Figura 9 representa graficamente o aumento do coeficiente de fricção devido á mistura (transição) de aços no molde.[26] Figure 9 graphically shows the increase in the coefficient of friction due to the mixing (transition) of steels in the mold.
[27] A Figura 10 representa graficamente o aumento do coeficiente de fricção devido ao excesso de A1203 na escória do pó fluxante em uma corrida com reoxidação alta.[27] Figure 10 graphically shows the increase in the coefficient of friction due to the excess of A1203 in the fluxing powder slag in a run with high reoxidation.
[28] A Figura 11 representa graficamente a mudança do co'eficiente de fricção durante a mudança da conicidade (Taper) das placas laterais.[28] Figure 11 graphically shows the change in friction coefficient during taper change of the side plates.
[29] A Figura 12 representa graficamente a diminuição do coeficiente de fricção depois da aplicação de uma prática de oscilação diferente.[29] Figure 12 graphically decreases the coefficient of friction after applying a different oscillation practice.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[30] A presente invenção provê a combinação de dois métodos conhecidos (cálculo da tensão dJ fricção e medição das forças laterais), para determinar o coeficiente de fricção de molde das máquinas de lingotamento continuo.[30] The present invention provides a combination of two known methods (friction stress calculation and lateral forces measurement) to determine the mold friction coefficient of continuous casting machines.
[31] Como primeiro passo, o valor médio das forças dos dois cilindros inferiores e superiores c.as placas laterais é calculado: ^c//_inf inf esq ^cil_ini_dir^ ^ j F =ÍF +F )/2 (?) c//_sup \ cil sixp esq cil_sup_dir J \ 1 [32] Uma distribuição de força linear Festr (z) ao longo do comprimento do molde pode ser assumida, como mostrado na Figura 5. Portanto, uma boa aproximação da força média Festr_medr que atua nas faces estreitas é: ^eslr med i^c;7_inf -^c//_sup ^ ( 3 ) [33] Esta força média é então dividida pela área ativa das placas laterais (comprimento ativo L multiplicado pela Espessura T das placas laterais), resultando em uma pressão perpendicular média pestr [kN/m2] que atua nas faces laterais: (4) [34] O coeficiente de fricção cfr±c é determinado, de acordo com a lei de fricção, através da divisão da tensão de fricção fíriC pela pressão perpendicular: (5) Método de avaliação do coeficiente de fricção do molde [35] 0 sistema de monitoramento deste coeficiente de fricção em tempo real foi implementado numa máquina de lingotamento em Cubatão. Um valor típicc do coeficiente de fricção Cfr±c é entre 0,15 e 0,35 em condições normais de lingotamento.[31] As a first step, the average value of the forces of the two lower and upper cylinders on the side plates is calculated: F = IF + F) / 2 (?) C // _ sup \ cil sixp esq cil_sup_dir J \ 1 [32] A linear force distribution Festr (z) along the mold length can be assumed, as shown in Figure 5. Therefore, a good approximation of the average force Festr_medr acting on narrow faces is: ^ eslr med i ^ c; 7_inf - ^ c // _ sup ^ (3) [33] This average force is then divided by the active area of the side plates (active length L multiplied by the thickness T of the side plates) , resulting in an average perpendicular pressure pestr [kN / m2] acting on the side faces: (4) [34] The coefficient of friction cfr ± c is determined according to the law of friction by dividing the friction stress perpendicular pressure: (5) Method of evaluation of mold friction coefficient [35] 0 monitoring system This real-time coefficient of friction was implemented in a Cubatão casting machine. A typical value of the coefficient of friction Cfr ± c is between 0.15 and 0.35 under normal casting conditions.
[36] O monitoramento do coeficiente de fricção do molde em tempo real pode ser interpretado e utilizado para determinar a qualidade de processo e problemas de qualidade, pois o coeficiente de fricção permite agora uma comparação entre os formatos, tipos de ajpo e as velocidades de lingotamento. Como pode ser observado na Figura 6, a força e o ttabalho a quente mudam com o tempo, ao contrário, o coeficiente de fricção não muda significadamente. O valor apenas muda, se a própria fricção muda.[36] Real-time mold friction coefficient monitoring can be interpreted and used to determine process quality and quality problems, as the friction coefficient now allows a comparison of mold shapes, types and speeds. ingot. As can be seen in Figure 6, force and hot work change over time, in contrast, the coefficient of friction does not change significantly. The value only changes if the friction itself changes.
[37] O valor do coeficiente de fricção depende em geral de: prática da oscilação; propriedades do pó fluxante; geometria e profundidade de imersão do tubo submerso; comportamento de fusão do pó fluxante no menisco; comportamento da solidificação do pó fluxante liquido na lacuna entre as placas de molde e do veio; desalinhamento entre o molde e o veio; dentre outros fatores.[37] The value of the coefficient of friction generally depends on: oscillation practice; fluxing powder properties; geometry and immersion depth of submerged pipe; melting behavior of fluxing powder in the meniscus; solidifying behavior of the liquid flux powder in the gap between the mold plates and the shaft; misalignment between the mold and the shaft; among other factors.
[38] Uma mudança do coeficiente de fricção pode ter varias razões: mistura entre tipos de aço; formação de trincas longitudinais; incorporação de Al2C>3 do pó fluxante e incorporação de hidrogênio do pó fluxante.[38] A change in the coefficient of friction can be for several reasons: mixing between types of steel; formation of longitudinal cracks; Al2C> 3 incorporation of fluxing powder and hydrogen incorporation of fluxing powder.
[39] As figuras 7 e 8 mostram o comportamento do coeficiente de fricção em função da velocidade de lingotamento, formato do veio e tipos de aço, respectivamente.[39] Figures 7 and 8 show the behavior of the coefficient of friction as a function of casting speed, shaft shape and steel types, respectively.
[40] O coeficiente de fricção conforme esta proposta já é monitorado na máquina de lingotamento 3 em Cubatão. Este método já mostrou bons resultados na avaliação de ocorrências de: mistura de aço (Figura 9), incorporação de AI2O3 do pó fluxante (Figura 10), alterações da conicidade das placas laterais (Figura 11) e prática da oscilação (Figura 12).[40] The coefficient of friction according to this proposal is already monitored on the casting machine 3 in Cubatão. This method has already shown good results in the evaluation of occurrences of: steel mixture (Figure 9), incorporation of fluxing powder AI2O3 (Figure 10), side plate taper changes (Figure 11) and oscillation practice (Figure 12).
[41] Vale ressaltar que as várias razões que mudam o coeficiente de fricção estão sempre ligadas a mudanças do processo no molde que podem indicar ocorrências de problemas de qualidade ou de processo. Por conseguinte, a avaliação deste parâmetro em tempo real nas máquinas de lingotamento é uma ferramenta poderosa para monitorar a qualidade do produto e estabilidade do processo, o qual não possui atualmente ferramentas eficienjtes de controle.[41] It is noteworthy that the various reasons that change the coefficient of friction are always linked to process changes in the mold that may indicate occurrences of quality or process problems. Therefore, real-time evaluation of this parameter in casting machines is a powerful tool for monitoring product quality and process stability, which currently lacks efficient control tools.
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| CN110006820B (en) * | 2019-04-22 | 2021-10-15 | 重庆大学 | Method for testing friction coefficient of continuous casting crystallizer casting powder |
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