Index of /rozprawy2/10990

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE WYDZIAŁ METALI NIEŻELAZNYCH KATEDRA PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ I METALOZNAWSTWA METALI NIEŻELAZNYCH. PRACA DOKTORSKA Eksperymentalna identyfikacja warunków krzepnięcia i odkształcenia aluminium oraz wybranych stopów aluminium serii 8XXX w kotlinie procesu Twin Roll Casting. mgr inż. Wojciech Ściężor promotor: dr hab. inż. Andrzej Mamala, prof. nadzw. promotor pomocniczy: dr inż. Paweł Kwaśniewski. Kraków 2015.

(2) Spis treści Od Autora ............................................................................................................................. 4 1. Wprowadzenie ................................................................................................................. 7 2. Analiza literaturowa stanu zagadnienia...................................................................... 11 2.1. Charakterystyka dostępnych technik ciągłego odlewania ....................................... 11 2.2. Charakterystyka procesu Twin Roll Casting ........................................................... 13 2.2.1. Rozwój procesu TRC ..................................................................................... 14 2.2.2. Krystalizator i układ zalewowy w procesie TRC ........................................... 17 2.2.3. Modyfikacje linii ciągłego odlewania TRC.................................................... 25 2.2.4. Badania nad procesem krzepnięcia i odkształcenia w linii TRC ................... 31 2.3. Charakterystyka stopów aluminium serii 1XXX oraz 8XXX oraz technologia ich przetwarzania na blachy ..................................................................................... 39 2.4. Charakterystyka taśm z aluminium i jego stopów wytworzonych metodą TRC ..... 48 2.5. Wybrane aspekty przetwarzania taśm z procesu TRC na blachy ............................ 57 2.6. Krytyczna analiza stanu zagadnienia ....................................................................... 62 3. Teza. Cel i zakres pracy ................................................................................................ 64 3.1. Teza .......................................................................................................................... 64 3.2. Cel i zakres pracy ..................................................................................................... 64 4. Koncepcja rozwiązania tematu pracy ......................................................................... 67 5. Analiza teoretyczna procesu ciągłego odlewania między obracające się cylindryczne krystalizatory .......................................................................................... 70 5.1. Analiza warunków stygnięcia metalu podczas procesu ciągłego odlewania metodą TRC ............................................................................................................. 73 5.2. Analiza obciążenia mechanicznego krystalizatorów ............................................... 80 5.3. Model szacowania sił nacisku metalu na krystalizatory .......................................... 88 5.4. Model krzepnięcia nieograniczonej płyty wg A.I. Wiejnika ................................. 101 6. Program i metodyka badań ........................................................................................ 109 6.1. Materiał do badań .................................................................................................. 109 6.2. Program badań ....................................................................................................... 111 6.3. Opis stanowisk badawczych i metodyka badań ..................................................... 113 6.3.1. Badania parametrów procesowych podczas walcowania na gorąco ............ 114 6.3.2. Badania własności mechanicznych aluminium w podwyższonych temperaturach ............................................................................................... 117 6.3.3. Badania procesu ciągłego odlewania aluminium i stopów aluminium pomiędzy obracające się cylindryczne krystalizatory metodą TRC ............. 120 6.3.4. Badania własności materiałów w stanie po odlewaniu ................................ 134 6.3.5. Badania procesu walcowania na zimno oraz własności materiałów w stanie po walcowaniu na zimno .................................................................... 141 7. Wyniki badań i ich analiza ......................................................................................... 145 7.1. Analiza parametrów procesowych otrzymanych podczas procesu walcowania na gorąco ................................................................................................................ 145 2.

(3) 7.1.1. Analiza parametrów siłowo-energetycznych................................................ 145 7.1.2. Badania wartości współczynnika tarcia ........................................................ 148 7.1.3. Weryfikacja hipotezy płaskich przekrojów .................................................. 149 7.2. Badania własności mechanicznych aluminium w podwyższonych temperaturach ......................................................................................................... 151 7.2.1. Wyznaczenie potencjalnych prędkości odkształcenia w kotlinie procesu TRC .............................................................................................................. 151 7.2.2. Statyczna próba rozciągania aluminium w podwyższonych temperaturach 155 7.2.3. Opracowanie równania opisującego opór plastyczny materiału w kotlinie procesu TRC ................................................................................................. 161 7.3. Analiza parametrów procesowych otrzymanych podczas procesu ciągłego odlewania ............................................................................................................... 172 7.4. Uogólniony model procesu krzepnięcia i odkształcenia materiału w kotlinie walcowniczej procesu Twin Roll Casting.............................................................. 189 7.4.1. Model obszaru odkształcenia w kotlinie procesu TRC ................................ 190 7.4.2. Model obszaru krystalizacji w kotlinie procesu TRC .................................. 199 7.4.3. Model kotliny procesu TRC ......................................................................... 203 7.5. Analiza wyników badań własności taśm uzyskanych matodą TRC ...................... 207 7.5.1. Badania składu chemicznego........................................................................ 207 7.5.2. Badania makrostruktury ............................................................................... 209 7.5.3. Badania mikrostruktury ................................................................................ 212 7.5.4. Badania gęstości ........................................................................................... 216 7.5.5. Badania jakości powierzchni ........................................................................ 218 7.5.6. Badania własności mechanicznych .............................................................. 223 7.5.7. Badania własności elektrycznych ................................................................. 239 7.6. Analiza wyników badań przetwarzania taśm z linii TRC na blachy ..................... 240 7.6.1. Badania parametrów siłowo-energetycznych procesu walcowania na zimno stopów serii 1XXX oraz 8XXX ........................................................ 241 7.6.2. Badania zmian własności mechanicznych materiału podczas walcowania na zimno ....................................................................................................... 246 7.6.3. Badania charakterystyk rozciągania blach w stanie po walcowaniu ............ 247 7.6.4. Badania anizotropii własności blach w stanie po walcowaniu ..................... 250 7.6.5. Badania tłoczności blach w próbie Erichsena .............................................. 252 7.6.6. Badania zmian struktury wybranych stopów aluminium podczas walcowania na zimno ................................................................................... 254 8. Podsumowanie pracy oraz wnioski końcowe............................................................ 258 9. Literatura ..................................................................................................................... 266. 3.

(4) Od Autora Aluminium jest metalem, którego produkcja i zużycie rośnie na świecie w bardzo szybkim tempie. Jego konsumpcja staje się jednym z mierników rozwoju gospodarczego, gdyż najwięcej tego metalu zużywają kraje wysoko rozwinięte. Wzrost produkcji elementów dla przemysłu samochodowego, opakowaniowego, AGD, budownictwa czy elektrotechniki przekłada się na istotne zwiększenie zapotrzebowania na omawiane materiały i daje szansę wyrównania, w perspektywie najbliższych lat, luki w konsumpcji aluminium w Polsce w stosunku do krajów wysoko uprzemysłowionych. Współczesnym materiałom na osnowie aluminium stawia się coraz wyższe wymagania w zakresie całego zespołu cech użytkowych i eksploatacyjnych przy równoczesnej tendencji do zmniejszania ceny wyrobów, co osiąga się najczęściej poprzez zredukowanie koniecznych operacji przetwórstwa. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu zintegrowanych i energooszczędnych procesów przetwarzania. Rozpatrywane materiały i technologie cieszą się coraz większą popularnością. W zintegrowanych procesach przetwarzania, takich jak odlewanie ciągłe, skutecznie można stosować materiały z recyklingu aluminium, co dodatkowo zmniejsza koszty produkcji wyrobów gotowych czy półproduktów. Tematyka niniejszej pracy dotyczy badań nad procesem odlewania aluminium serii 1XXX oraz 8XXX pomiędzy obracające się cylindryczne krystalizatory metodą Twin Roll Casting (TRC). Jej celem jest zarówno dokładne poznanie procesu, poprzez analizę zjawisk występujących w kotlinie procesu TRC jak i dokonanie charakteryzacji własności materiałów otrzymywanych w nowoczesnej oraz oryginalnej technologii wytwarzania i przetwarzania wybranych stopów aluminium, z wykorzystaniem ciągłego odlewania, zimnego walcowania oraz zabiegów obróbki cieplnej. Istotą procesu jest wyeliminowanie procesu walcowania na gorąco, co wydatnie pozwoli zmniejszyć energochłonność procesu i ograniczyć wymagania sprzętowe wobec potencjalnego producenta. Technologia opiera się na nowej, odmiennej niż konwencjonalna, technologii wytwarzania taśm odlewanych, uzyskiwanych pomiędzy obracającymi się cylindrycznymi krystalizatorami, stosowanymi w miejsce dotychczas praktykowanej metody DC (Direct Chill Casting). Pozwala to uzyskać wsad o odpowiedniej grubości i właściwościach, przeznaczony wprost do walcowania na zimno. Technologia ta umożliwia uzyskanie porównywalnych cech użytkowych produktu w stosunku do technologii tradycyjnych. Szczególnie istotnym aspektem jest możliwość wytwarzania pełnowartościowych produktów na bazie recyklingu metali i ich stopów. Realizacja niniejszej pracy nie byłaby możliwa bez udziału wielu osób oraz instytucji. Pragnę więc w tym miejscu serdecznie podziękować wszystkim, którzy przyczynili się do jej powstania. Pragnę podziękować Dziekanowi Wydziału Metali Nieżelaznych, Pani prof. Marii Richert, Kierownikowi Katedry Przeróbki Plastycznej i Metaloznawstwa Metali Nieżelaznych Panu prof. Wojciechowi Liburze oraz Panu prof. Tadeuszowi Knychowi za przyjęcie mnie do grona doktorantów Wydziału Metali Nieżelaznych oraz stworzenie warunków do prowadzenia badań na potrzeby realizacji niniejszej pracy.. 4.

(5) Składam serdeczne podziękowania Małopolskiemu Centrum Przedsiębiorczości za przyznanie mi stypendium w ramach projektu „Doctus – Małopolskiego funduszu stypendialnego dla doktorantów”, współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego, stanowiącego dofinansowanie badań objętych niniejszą pracą. Dziękuję pracownikom Wydziału Metali Nieżelaznych, a w szczególności dr hab. inż. Beacie Leszczyńskiej-Madej za pomoc w prowadzeniu badań strukturalnych oraz dr inż. Grzegorzowi Włochowi za pomoc w realizacji badań kalorymetrycznych. Pragnę również podziękować kolegom i koleżankom z zespołu Laboratorium Technologii Przetwórstwa Metali Nieżelaznych za okazaną życzliwość oraz pomoc w realizacji badań objętych niniejszą pracą, a także stworzenie niezwykle sympatycznej atmosfery w miejscu pracy. W szczególności składam podziękowania kolegom dr inż. Grzegorzowi Kiesiewiczowi oraz mgr inż. Radosławowi Kowalowi. Kończąc chciałbym podziękować mojej narzeczonej Agnieszce, Rodzicom oraz Siostrze Ewie, za okazane zrozumienie, niezwykłą cierpliwość oraz wsparcie przy pisaniu pracy.. Kraków, czerwiec 2015. Wojciech Ściężor. 5.

(6) Składam najserdeczniejsze podziękowania Promotorowi mojej pracy, Panu prof. dr hab. inż. Andrzejowi Mamali, za nieocenioną pomoc zarówno merytoryczną jak i okazaną podczas prowadzenia prac eksperymentalnych, życzliwość, poświęcony czas, ogromne zaangażowanie, niezwykle cenne pomysły oraz rady i wskazówki, które stanowią kluczowy wkład w powstanie niniejszej pracy. Równie serdeczne podziękowania kieruję do Promotora pomocniczego, Pana dr inż. Pawła Kwaśniewskiego, za ogromne zaangażowanie oraz pomoc w pracach związanych z uruchomieniem laboratoryjnej linii odlewniczej oraz otrzymaniem materiału do badań, jak i liczne dyskusje, które przyczyniły się do powstania niniejszej pracy.. 6.

(7) 1. Wprowadzenie W ostatnich latach obserwuje się systematyczny wzrost produkcji aluminium (około 4% rocznie) przy równoczesnej, coraz szerszej substytucji alternatywnych produktów na wyroby z aluminium i jego stopów dla różnych gałęzi przemysłu, m.in.: motoryzacyjnego, spożywczego, elektrotechnicznego, budowlanego, maszynowego czy produkcji opakowań. Warto w szczególności zauważyć, iż z uwagi na bardzo wysokie ceny miedzi coraz większa ilość aplikacji o charakterze elektrycznym wytwarzana jest właśnie z aluminium lub jego wyselekcjonowanych stopów. W związku z coraz wyższymi wymaganiami stawianymi produktom opracowano szereg materiałów o odpowiednich własnościach dla takich aplikacji jak elementy urządzeń elektrotechnicznych, opakowania, folie, pokrycia dachowe, a nawet elementy pojazdów. Umiejętność kontrolowania struktury i makroskopowych właściwości materiału oraz nowoczesne zintegrowane procesy przetwarzania pozwoliły otrzymać produkty niskim kosztem, często ze złomu aluminiowego przy jednoczesnym zachowaniu ich wysokiej jakości. Oszczędność energii, czasu i zmniejszenie ilości odpadów w procesach otrzymywania wyrobów przynosi efektywne zwiększenie zysków i obniżenie kosztów produkcji, co jest priorytetowym celem, do którego dąży się w każdej gałęzi techniki. Takie możliwości w dziedzinie przetwórstwa metali daje wykorzystanie układów ciągłego odlewania. Powszechnie stosowane w przetwórstwie stopów aluminium do przeróbki plastycznej linie odlewania półciągłego i gorącego walcowania posiadają wysoką wydajność. Z tego powodu częsta zmiana profilu produkcji bądź asortymentu napotyka na duże trudności organizacyjno-techniczne i wiąże się z generowaniem dużych ilości odpadów. Rozpatrywana technologia konwencjonalna jest energochłonna, wymaga rozbudowanej infrastruktury produkcyjnej, co zmniejsza z przyczyn inwestycyjno-finansowych konkurencję wśród producentów. Wiele firm poszukując nowych rynków zbytu zaczyna kierować się na produkcję specjalistycznych - dedykowanych materiałów. Firmy takie koncentrują swoją uwagę na mniejszych, bardziej elastycznych liniach umożliwiających szybkie zmiany profilu produkcji. Odpowiedzią na ukazane zapotrzebowanie jest alternatywna metoda produkcji wykorzystująca odlewanie w sposób ciągły aluminium i jego stopów pomiędzy obracające się cylindryczne krystalizatory znana pod nazwą Twin Roll Casting (TRC). Z uwagi na wydatne skrócenie cyklu technologicznego metoda ta zaliczana jest do grupy „near net shape manufacturing”. Zastosowanie tej nowoczesnej metody pozwala na wyeliminowanie z procesu produkcyjnego walcowania na gorąco, co istotnie zmniejsza koszty produkcji oraz okres zwrotu inwestycji, poprzez obniżenie kosztów infrastruktury produkcyjnej o walcarkę gorącą (kilkadziesiąt milionów złotych) i generuje mniejszą ilość odpadów, gdyż eliminuje obróbkę ubytkową wymaganą przy wlewkach tradycyjnych oraz umożliwia szybką zmianę asortymentu produkcji. Tym samym producenci są w stanie wytwarzać większe ilości produktów podobnym nakładem kosztów i energii, jednocześnie zwiększając zakres produkcji oraz rynki zbytu. W metodzie tej stosować można z powodzeniem materiały z recyklingu aluminium, co dodatkowo zmniejsza koszty produkcji. Przedsiębiorstwa korzystające z blach i taśm na bazie aluminium do produkcji wyrobu gotowego, takiego jak opakowania, wymienniki ciepła, elementy architektoniczne, elektryczne i inne otrzymują tańszy półprodukt, obniżając cenę wyrobu gotowego i stają się bardziej konkurencyjnymi. 7.

(8) Odlewanie metodą TRC zapewnia również atrakcyjne własności mechaniczne oraz strukturę materiału, którą można otrzymać przy zastosowaniu odpowiedniej ścieżki przetwórstwa na blachy, a w przypadku niektórych asortymentów uzyskuje się istotnie korzystniejszy układ własności użytkowych materiału (połączenie wysokiej wytrzymałości mechanicznej z odpowiednią formowalnością i podwyższoną odpornością na rekrystalizację). Metoda ta jest więc dobrą i konkurencyjną alternatywą dla klasycznych metod odlewania i produkcji wyrobów płaskich z aluminium i jego stopów. Pomimo, iż literatura, zarówno naukowa jak i branżowa, bogata jest w opracowania dotyczące metody ciągłego odlewania pomiędzy obracające się krystalizatory Twin Roll Casting, a pierwsze wzmianki na temat tego procesu datowane są na drugą połowę XIX wieku, jak dotychczas nie zostały dokładnie poznane i opisane zjawiska zachodzące w newralgicznym obszarze tego procesu, a więc w kotlinie procesu TRC. Fakt ten stał się inspiracją dla realizacji niniejszej pracy, w której dokonano analizy zjawisk zachodzących w kotlinie procesu, jej podziału na obszar krystalizacji oraz odkształcenia plastycznego jak i oszacowania gniotu jaki w omawianym procesie zostaje zadany. Dokonano również doświadczalnej weryfikacji możliwości poddania bezpośredniemu procesowi walcowania na zimno materiałów z linii TRC (a więc materiałów w stanie po odlewaniu). Analiza aktualnego stanu wiedzy w zakresie ciągłego odlewania metodą TRC przedstawiona została w rozdziale nr 2, który podzielono na sześć części. W pierwszej z nich dokonano charakterystyki procesu ciągłego odlewania oraz jego podziału według różnych kategorii. Druga część zawiera opis ewolucji procesu Twin Roll Casting począwszy od projektu Bessemera, poprzez urządzenia Hazeletta oraz Huntera, aż do czasów obecnych, gdzie układy takie stosowane są na skalę przemysłową. Dokonano w niej również analizy dostępnych modyfikacji linii TRC (głównie linii laboratoryjnych) oraz różnych konstrukcji głównych elementów omawianych urządzeń, a więc walców – krystalizatorów oraz układu zalewowego. W części trzeciej dokonano charakterystyki stopów aluminium serii 1XXX oraz 8XXX pod kątem wymagań stawianych ich kompozycjom składu chemicznego, własnościom mechanicznym oraz zastosowaniom w postaci blach zimnowalcowanych. Kolejna czwarta część zawiera charakterystykę taśm z aluminium oraz jego wybranych stopów wytworzoną metodą TRC. Ukazano w niej zarówno strukturę powstającą w trakcie odlewania, jej własności jak i wady mogące powstawać podczas omawianego procesu. Część piąta ukazuje natomiast wybrane aspekty przetwarzania taśm z linii TRC na blachy, obejmujące homogenizację, walcowanie na zimno oraz procesy obróbki cieplnej, wraz z uwzględnieniem wpływu tych etapów na własności jak i strukturę otrzymanego wyrobu. Dokonano również odniesienia własności blach otrzymanych w linii tradycyjnej do blach z proponowanej ścieżki alternatywnej. Ostania część poświęcona została analizie krytycznej stanu zagadnienia w celu ukazania aspektów procesu TRC, które nie doczekały się jak dotychczas kompleksowej analizy, a są niezmiernie istotne z punktu widzenia dokładnego poznania procesu oraz zjawisk zachodzących w kotlinie procesu TRC. Na podstawie przeprowadzonej analizy literaturowej oraz krytycznej analizy stanu zagadnienia, postawiona została teza oraz cele i zakres pracy opisane w rozdziale nr 3. Rozdział nr 4 zawiera koncepcję rozwiązania tematu pracy oraz dowodzenia postawionej tezy.. 8.

(9) W rozdziale nr 5 przeprowadzona została oryginalna, autorska analiza teoretyczna procesu ciągłego odlewania pomiędzy obracające się cylindryczne krystalizatory (TRC). Został on podzielony na cztery części. W pierwszej z nich dokonano analizy krzepnięcia i stygnięcia odlewu w kotlinie procesu TRC przy wykorzystaniu klasycznego bilansu cieplnego. Część druga dotyczy natomiast analizy obciążenia mechanicznego krystalizatorów mogącego występować podczas procesu TRC, a co za tym idzie, założeń do konstrukcji walców-krystalizatorów przy zastosowaniu połączenia skurczowego płaszcza i rdzenia walca, w taki sposób, aby było ono w stanie przenieść zadane obciążenia. W części trzeciej ukazano szczegółowo zaproponowany algorytm służący określeniu prędkości odkształcenia oraz oporu plastycznego na długości kotliny procesu TRC oraz nacisku jednostkowego metalu na walce, który był niezbędny w celu zestawienia z wartościami pomiarów w warunkach laboratoryjnych prób odlewania oraz określenia długości obszaru odkształcenia plastycznego w kotlinie procesu TRC. Część czwarta dotyczy obszaru krystalizacji w kotlinie procesu TRC. Został w niej opisany model krzepnięcia płyty nieograniczonej wg. A.I. Wiejnika, który zaadaptowano w dalszych badaniach w celu określenia zasięgu wspomnianej strefy krzepnięcia. W rozdziale nr 6 zaprezentowano program badań i opis stosowanej aparatury. Został on podzielony został na trzy główne części. W pierwszej z nich dokonano opisu podstawowego materiału przeznaczonego do badań eksperymentalnych. W drugiej przedstawiono szczegółowy plan badań. Trzecia część natomiast to opis stanowisk oraz procedur badawczych stosowanych podczas prowadzenia badań doświadczalnych. Istotnym fragmentem rozdziału nr 6 wydaje się charakterystyka jedynej w Polsce laboratoryjnej linii do ciągłego odlewania aluminium oraz stopów aluminium pomiędzy obracające się cylindryczne krystalizatory, która była kluczowym elementem niniejszej pracy. Rozdział nr 7 koncentruje się na wynikach badań eksperymentalnych, które były niezbędne w celu dowodzenia tezy postawionej w niniejszej rozprawie doktorskiej oraz ich analizie. Ze względu na ilość oraz różnorodność prowadzonych badań, podzielony on został na sześć części. Pierwsza z nich to analiza procesu walcowania na gorąco aluminium pod kątem parametrów siłowych, które w dalszym etapie badań i analiz wykorzystano przy weryfikacji zaproponowanego modelu szacowania nacisku metalu na walce – krystalizatory. Pozostałymi, bardzo istotnymi z punktu widzenia opracowywania wspomnianego algorytmu celami prób walcowania na gorąco były: oszacowanie współczynnika tarcia występującego w linii TRC oraz weryfikacja hipotezy płaskich przekrojów. W drugiej części omawianego rozdziału dokonano analizy własności mechanicznych badanego materiału w próbie jednoosiowego rozciągania (przy różnych prędkościach odkształcenia oraz temperaturze badania), a ich celem było opracowanie równania opisującego zmianę oporu plastycznego materiału w kotlinie procesu TRC. Trzecia część stanowi analizę parametrów procesowych (zarówno siłowych jak i temperatury, kluczowych dla pracy elementów stanowiska badawczego oraz materiału). W czwartej części, na podstawie otrzymanych wyników badań procesu odlewania na laboratoryjnej linii TRC oraz opracowanego algorytmu, w sposób schematyczny opisany został obszar odkształcenia plastycznego występujący w kotlinie procesu TRC. Na podstawie modelu krzepnięcia płyty nieograniczonej wg. A.I. Wiejnika dokonano również opisu obszaru krystalizacji. Część piąta niniejszego rozdziału to charakterystyka taśm otrzymanych w omawianej linii pod kątem struktury oraz własności 9.

(10) fizycznych, mechanicznych oraz elektrycznych. W szóstej części skoncentrowano się natomiast na wynikach przetwórstwa otrzymanych taśm na blachy oraz ich porównaniu z własnościami blach z tradycyjnej linii wytwarzania. Ostatni, ósmy rozdział pracy stanowi podsumowanie oraz syntetyczną analizę otrzymanych w pracy rezultatów. Rezultaty badań przeprowadzonych w ramach niniejszej rozprawy doktorskiej stanowią istotny wkład w rozwój wiedzy na temat procesu ciągłego odlewania aluminium oraz jego stopów pomiędzy obracające się cylindryczne krystalizatory metodą Twin Roll Casting. Posiadają jednocześnie wymiar praktyczny, gdyż mogą przyczynić się do rozwoju procesu produkcji płaskich wyrobów zimnowalcowanych zarówno w Polsce jak i obszarze Europy środkowo-wschodniej, a więc tam, gdzie dotychczas przedsiębiorcy wykorzystywali głownie technologię tradycyjną. Rozwój ten może być spowodowany głównie poprzez powstanie wiedzy na temat omawianego procesu oraz wytycznych do technologii przemysłowej.. 10.

(11) 2. Analiza literaturowa stanu zagadnienia Ciągłe odlewanie metali i ich stopów polega na kontrolowanym przepływie ciekłego metalu do obszaru utworzonego przez ścianki krystalizatora, przez co metal odwzorowując kształt krystalizatora przyjmuje określone gabaryty odlewu (blachy, taśmy, rury) i wskutek wymiany ciepła z otoczeniem zmienia swój stan skupienia z ciekłego na stały. W tej postaci odlewany materiał opuszcza krystalizator w sposób ciągły bądź okresowy. Metoda ta umożliwia wykonanie odlewów o wymiarach istotnie większych od wielkości krystalizatora. Gotowy wyrób może być następnie konfekcjonowany na odcinki żądanej długości w trakcie procesu bądź po jego zakończeniu. Systemy ciągłego odlewania mogą być również sprzężone w jedną linię technologiczną z urządzeniami do przeróbki plastycznej, najczęściej z wieloklatkowymi walcarkami do walcowania na gorąco, tworząc zintegrowane linie ciągłego odlewania i walcowania (COiW). Jest to technologia coraz częściej wybierana przy planowaniu produkcji zarówno wyrobów płaskich jak i długich, zarówno w branży metali nieżelaznych, jak i przemyśle stalowym.. Rys. 2.1. Schemat procesu ciągłego odlewania (1 – kadź, 2 – odpływ wody, 3 – dopływ wody, 4 – kokila, 5 – odlew, 6 – rolki ciągnące) [1]. 2.1. Charakterystyka dostępnych technik ciągłego odlewania Dostępne techniki ciągłego odlewania można sklasyfikować według kilku podstawowych kategorii, co ukazano w sposób schematyczny na rysunku 2.2 [2-4]. Z przedstawionego schematu wynika, iż proces odlewania ciągłego może być prowadzony na urządzeniach, w których wlewek (o ściśle określonym kształcie, np. taśmy, płaskownika, pręta czy rury) otrzymywany jest w trzech głównych układach (w zależności od dominującego kierunku przepływu masy), a mianowicie: pionowym, poziomym lub pochylonym. W każdym z wymienionych układów może zostać wykorzystane dodatkowe chłodzenie - chłodzenie wtórne realizowane po wyjściu wyrobu z krystalizatora - w praktyce polegające najczęściej na bezpośrednim natrysku medium chłodzącego na wlewek.. 11.

(12) W urządzeniach wyposażonych w krystalizator ruchomy (przesuwny), wlewek oraz krystalizator przemieszczają się razem w przestrzeni. W efekcie nie występuje względny ruch wlewka w stosunku do ścian krystalizatora (pomijając skurcz cieplny). Rozpatrywane elementy pozostają zatem w kontakcie do momentu, gdy wlewek nie osiągnie stanu gwarantującego wytrzymałość na działanie naprężeń występujących w procesie i możliwość poddania dalszej obróbce. Podział metod ciągłego odlewania. W zależności od kierunku odbioru wlewka. Układ pionowy. W górę. W dół. Układ poziomy. W zależności od parametru ruchu krystalizatora. W zależności od sposobu chłodzenia. W zależności od kształtu wyrobu. Układ nieruchomy. Chłodzenie pierwotne. Taśmy. Układ ruchomy. Chłodzenie pierwotne i wtórne. Wlewki okrągłe/pręty. Oscylujący. Sprzężone. Płyty/płaskowniki. Przesuwny. Niezależne. Kształtowniki. Układ ukośny (pochylony). Tuleje/rury. Rys. 2.2. Klasyfikacja metod ciągłego odlewania Urządzenia do ciągłego odlewania metali i ich stopów często klasyfikowane są w trzy zasadnicze grupy w zależności od konstrukcji krystalizatora [2]: - kołowe, - łańcuchowe i taśmowe, - walcowe i bębnowe. Urządzenia kołowe pozwalają na produkcję wyrobów o nieznacznej szerokości (np. są stosowane w liniach do wytwarzania walcówki o przekroju okrągłym lub sektorowym). Największą popularność w analizowanej grupie zdobyło urządzenie kołowe opracowane przez I.Properzi [5]. Znalazło ono szerokie zastosowanie dla stopów metali nieżelaznych, takich jak stopy aluminium, cynku i ołowiu. Wlewek otrzymany z tego koła odlewniczego jest bezpośrednio kierowany do układu walcowniczego. Główną zaletą urządzeń łańcuchowych jest kanał formujący (krystalizator) o teoretycznie dowolnej długości, a tym samym powierzchni chłodzenia. Wadami natomiast są skomplikowane konstrukcje takich maszyn oraz wysokie koszty zarówno konserwacji urządzenia jak i wytwarzania wlewka. Przykładem takiego rozwiązania może być projekt A.Matthesa i H.W.Lasha [6]. W odróżnieniu od urządzeń łańcuchowych, maszyny taśmowe posiadają znacznie prostszą konstrukcję oraz są tańsze w eksploatacji. Ich wadą jest jednak mniejsza ilość profili, które można wytworzyć za pomocą tej maszyny. Przykładem takiej 12.

(13) konstrukcji może być projekt Wusatowskiego [2] oraz bardzo popularna metoda odlewania Hazeletta [1]. Maszyny te mogą być stosowanie do w liniach produkcji drutów, prętów lub blach w zależności od kształtu kanału. Idea metody ciągłego odlewania metali umożliwiającej otrzymywanie wyrobów płaskich, znana jest od połowy XIX wieku, a dwa najbardziej interesujące rozwiązania stosowane na skalę przemysłową, to systemy odlewania umożliwiające produkcję wsadu do walcowania blach o znacznych szerokościach na maszynie odlewniczej (walcowej) według konstrukcji Huntera [7] oraz na maszynie taśmowej wg konstrukcji Hazeletta. Główną zaletą maszyn bazujących na konstrukcji Hazeletta jest wysoka wydajność, dzięki czemu są one stosowane podczas produkcji wielkoseryjnej. Urządzenia typu Hunter posiadają niższą wydajność, ale dzięki odpowiedniej konstrukcji dają możliwość szybkiej zmiany produkowanego asortymentu zarówno pod kątem składu chemicznego odlewanych taśm jak i jej gabarytów. Maszyny typu Twin Roll Casting (typu Hunter) są aktualnie obiektem szerokiego zainteresowania i doczekały się szeregu modyfikacji technicznych mających na celu ulepszenie procesu odlewania taśm z metali nieżelaznych, w szczególności aluminium i jego stopów.. 2.2. Charakterystyka procesu Twin Roll Casting 7. 2 1. 5. 6 10. 3. 4. 8 9. Rys. 2.3. Idea metody ciągłego odlewania Twin Roll Casting W metodzie ciągłego odlewania taśm z aluminium Twin Roll Casting ciekły metal (1) o ustalonym składzie chemicznym i temperaturze z odpowiedniego pieca odlewniczego poprzez specjalny układ zalewowy (3) podawany jest w obszar krystalizacji (5). Obszar krystalizacji jest utworzony przez przestrzeń pomiędzy dwoma walcami spełniającymi rolę krystalizatorów (7). Walce - krystalizatory obracają się wokół własnych osi w kierunkach przeciwnych względem siebie. Ich osie symetrii są względem siebie równoległe, przy czym 13.

(14) powierzchnie cylindryczne walców - krystalizatorów nie stykają się ze sobą. Walce krystalizatory posiadają specjalnie wydrążone wewnątrz kanały (8), którymi przepływa medium chłodzące. Wskutek wymiany ciepła pomiędzy odlewanym metalem, a medium chłodzącym poprzez materiał krystalizatora dochodzi do zmiany stanu skupienia metalu z ciekłego na stały. W idealnie prowadzonym procesie ciągłego odlewania czystego aluminium kształt śladu powierzchni międzyfazowej ciecz - ciało stałe obserwowany w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny łączącej osi symetrii walców - krystalizatorów przypomina poziomo ułożoną literę „V” (6). Przy odpowiednim doborze wymiarów geometrycznych walców - krystalizatorów oraz układu zalewowego i ich właściwym ustawieniu względem siebie i dodatkowo przy doborze właściwych parametrów technologicznych proces krzepnięcia materiału zastaje zakończony zanim materiał znajdzie się w płaszczyźnie utworzonej przez osie walców - krystalizatorów (9). Oznacza to, że wobec zmiennej wysokości przestrzeni między krystalizatorami dochodzi do zgniatania materiału w stanie stałym w sposób przypominający walcowanie na gorąco. Wielkość odkształcenia zadanego w takim procesie zależy od długości odcinka reprezentującego najkrótszą odległość miedzy śladem powierzchni międzyfazowej („V”) i linią prostą łączącą osie walców krystalizatorów, średnicy cylindrycznej części walca - krystalizatora oraz grubości pasma metalu w stanie stałym po wyjściu walców (10). Chociaż znane są różne metody ciągłego odlewania aluminium i jego stopów, jak wspomniano wcześniej spośród metod umożliwiających wytwarzanie płaskich wyrobów walcowanych najpowszechniej stosowane są: metoda klasycznego ciągłego odlewania bloków oraz metoda Hazeletta. Żadna z tych metod nie umożliwia jednak połączenia w jednej operacji odlewania i odkształcenia plastycznego. Gniot zadawany materiałowi po krystalizacji poprawia jego jakość likwidując potencjalne odlewnicze wady spójności, a ponadto może korzystnie kształtować mikrostrukturę. Wydajność metody ciągłego odlewania między obracające się cylindryczne krystalizatory jest mniejsza niż np. metoda Hazeletta i wynika z ograniczonej powierzchni wymiany ciepła metal - krystalizator. Warto jednak zauważyć, że prędkość krystalizacji w omawianej metodzie jest stosunkowo duża, co korzystnie wpływa na początkowy rozmiar ziarna w stanie po odlewaniu oraz może zmniejszać segregację składu chemicznego na grubości taśmy.. 2.2.1. Rozwój procesu TRC Sama koncepcja rozwiązania linii do ciągłego odlewania metodą TRC nie jest nowa i stanowi rozwinięcie koncepcji teoretycznej zaproponowanej przez Bessemera [8,9]. Bessemer jako pierwszy zaproponował ideę otrzymywania taśm z metali bezpośrednio z ciekłego metalu. Koncepcja odlewania taśmy przyciągnęła jego uwagę już w 1846 roku. W 1857 roku przedstawił swe pierwsze rozwiązanie dla metali, bazujące na urządzeniu do odlewania taśm z cyny oraz ołowiu [8]. W 1865 roku opatentował natomiast maszynę odlewniczą typu TRC do produkcji taśm ze stali [9]. Pierwsze koncepcje zaproponowane przez Bessemera ukazano na rysunku 2.4. W ówczesnym czasie omawiane rozwiązanie nie spotkało się z dużym zainteresowaniem. Głównie spowodowane było to trudnościami z opanowaniem procesu oraz 14.

(15) sposobem podawania ciekłego metalu na walce - krystalizatory. W efekcie Bessemer zakończył badania oraz prace nad technologią ciągłego odlewania taśm, pozostawiając jednak wiarę w to, iż proces ten zostanie opanowany i zastosowany w warunkach przemysłowych [8].. Rys. 2.4. Urządzenia typu TRC zaprojektowane przez Bessemera w 1857 roku (po lewej) oraz opatentowane w 1865 roku (po prawej) [8] W miarę upływu czasu prowadzone były dalsze badania nad technologią ciągłego odlewania taśm. Najbardziej znanym projektem okazał się projekt W. Hazeletta opracowany w latach 30-stych i 40-stych XX wieku i przeznaczony głównie dla aluminium, gdzie walce zasilane były od góry ciekłym metalem. Gdy Hazelett próbował odlewać taśmy stalowe napotkał na wiele problemów związanych z jakością taśmy oraz materiałem na walce krystalizatory. Starał się je rozwiązać, dokonując prób odlewania z wykorzystaniem pojedynczego walca - krystalizatora, miał jednak wówczas do czynienia z innymi problemami, takimi jak zmienność grubości taśmy czy wady krawędzi [8]. W efekcie prowadzonych badań Hazelett porzucił tematykę odlewania taśm z wykorzystaniem walców krystalizatorów. Opracował jednak technologię odlewania pomiędzy dwie taśmy [10], która jest powszechnie stosowana w przemyśle aż do dziś. Około połowy XX wieku technologia odlewania taśm z aluminium została również opanowana przez J. Huntera [7]. Pierwsze stworzone przez niego urządzenie, odmiennie niż projekty Bessemera czy Hazeletta zasilane było ciekłym metalem od dołu (układ pionowy). Projekt powstał w 1948 roku i charakteryzował się dyszą podającą ciekły metal znajdującą się pomiędzy dwoma walcami - krystalizatorami. Metal zapływał między walce w wyniku istnienia ciśnienia hydrostatycznego wywieranego przez metal znajdujący się w tyglu. Przemysłowe zastosowanie tego układu nastąpiło w roku 1954 [9].. 15.

(16) Rys. 2.5. Urządzenie do ciągłego odlewania taśm według patentu Huntera [7] Pierwsze na świecie przemysłowe stanowisko do odlewania metodą TRC taśm z aluminium w układzie poziomym zostało wykonane przez firmę Pechiney w 1962 roku. Osiem lat później firma Hunter opracowała istotną modyfikację układu. Modyfikacja polegała na zmianie koncepcji odlewania z poziomego na pochylony (por. rys. 2.2). Wielkość pochylenia wynosiła około 15°, dzięki czemu uzyskano lepszy sposób zapływania metalu pomiędzy walce - krystalizatory [9]. W przemyśle największą popularnością cieszą się obecnie linie odlewnicze w układzie poziomym lub pochylonym. Od lat 60-tych XX wieku doczekały się one znacznych udoskonaleń, realizowanych głównie przez wiodących producentów takich jak Fata-Hunter czy Pechiney, którzy dążyli do poprawy jakości wyrobu jak i zwiększenia wydajności oferowanych linii odlewniczych. Na rynku, z upływem czasu pojawili się również inni producenci jak Novelis, Bruno Presezzi czy VIG Metal. W tabeli 2.1 przedstawiono jak wyglądał rozwój linii odlewniczych na przestrzeni lat [11]. Tab. 2.1. Rozwój linii TRC stosowanych do odlewania taśm z aluminium [11] Pierwsza generacja Druga generacja Trzecia generacja Lata od 1950 od 1975 od 1992 Szerokość taśmy [m] do 1 do 2 do 2,2 Grubość taśmy [mm] 5 - 10 5 - 10 1,3 Średnica walców [mm] 500 - 700 900 - 1200 do 1220 Nacisk [t/mm2] 0,4 1,22 2 Wydajność [t/(mh)] 1,2 1,8 3,9 W tabeli 2.2 natomiast ukazano różnice pomiędzy liniami firmy Fata Hunter, a mianowicie: Speed Caster oraz Super Caster dla odlewania aluminium w gatunku EN AW1100 [11].. 16.

(17) Tab. 2.2. Różnice pomiędzy dwoma generacjami linii TRC firmy Fata Hunter [11] Speed Caster Super Caster Gatunek Aluminium EN AW-1100 EN AW-1100 Prędkość walców [m/mim] 14 1,7 Grubość taśmy [mm] 1,3 5,6 Wydajność [t/(mh)] 2,9 1,5 Wytrzymałość na rozciąganie 118 118 otrzymanej taśmy [MPa] Umowna granica plastyczności otrzymanej 90 83 taśmy [MPa] Nowe generacje linii odlewniczych charakteryzują się prędkością odlewania ośmiokrotnie wyższą niż linie klasyczne, dokonano również modyfikacji pozwalających na zmniejszenie grubości odlewanej taśmy nawet do 1,3mm (por. tab. 2.2). W efekcie wydajność nowych linii jest dwukrotnie wyższa przy zachowaniu praktycznie identycznych własności mechanicznych odlanej taśmy. Aktualnie na świecie prowadzone są szerokie badania naukowe dotyczące procesu Twin Roll Casting. Doprowadziło to do powstania szeregu linii laboratoryjnych charakteryzujących się różnymi rodzajami zastosowanych oryginalnych koncepcji technicznych dotyczących zarówno układu krystalizacji jak i układu zalewowego.. 2.2.2. Krystalizator i układ zalewowy w procesie TRC Niezwykle ważną rolę podczas odlewania metodą Twin Roll Casting spełnia krystalizator, czyli w istocie dwa bliźniaczo usytuowane walce. Ich zadaniem jest zarówno bardzo szybki odbiór ciepła z metalu jak i jego odkształcenie. Na rys. 2.6 zaprezentowano ogólny schemat układu ciągłego odlewania metodą TRC. Łatwo zauważyć, że powierzchnia kontaktu krzepnący metal - krystalizator jest niewielka. Fakt ten w głównej mierze limituje wydajność tego typu linii do ciągłego odlewania, z uwagi na warunki wymiany ciepła między odlewanym materiałem a krystalizatorem [12]. Analizując zjawiska fizyczne odbywające się w opisywanym układzie do ciągłego odlewania zauważmy, że ciekły metal „L” wchodząc przez układ zalewowy (dysza) pomiędzy parę obracających się krystalizatorów rozlewa się na ich powierzchni, a następnie krzepnie na nich w cienkich warstwach łączących się pod naciskiem i wychodzi poza walce zakrzepnięty w stanie stałym „S” (rys. 2.7) [12].. 17.

(18) Rys. 2.6. Schemat odlewania ciągłego z uwidocznieniem sposobu wprowadzania ciekłego metalu między krystalizatory [12]. Rys. 2.7. Schemat kształtowania się przemian metalu od stanu ciekłego do stanu stałego podczas krystalizacji pomiędzy walcami: a) przy dużej szybkości chłodzenia, b) przy małej szybkości chłodzenia (L - stan ciekły; L+S - stan półstały; S - stan stały) [12] Walce pełniące rolę ścianek krystalizatora odprowadzają z metalu ciepło przegrzania (w stanie ciekłym), ciepło krzepnięcia i częściowo schładzają metal w stanie stałym oraz kształtują wymiary wyjściowe wlewka. Proces odlewania Twin Roll Casting zapewnia bardzo wysoką szybkość krystalizacji - nawet do 550ºC/s w ekstremalnych przypadkach. Szybkie schładzanie pozwala na osiągnięcie wysokich prędkości odlewania dla stopów aluminium, a technologia ciągłego odlewania typu Hunter może być zaliczona do wydajnych procesów produkcyjnych. Równocześnie prędkość krystalizacji ma istotny wpływ na kształtowanie się 18.

(19) struktury materiału poprzez kontrolę ilości zarodków krystalizacji i tempa ich wzrostu. W praktyce uzyskiwane prędkości odlewania sięgają w ekstremalnych przypadkach (w niektórych liniach laboratoryjnych) nawet 60m/min (w typowych warunkach nie przekraczają kilku metrów na minutę). Zaobserwowano również, że im wyższa jest prędkość odlewania tym cieńszą taśmę można uzyskać w procesie produkcji, dlatego też odprowadzanie ciepła jest kluczowym problemem badawczym tego procesu i wymaga projektowania odpowiednich krystalizatorów [12]. Odlewanie przy wysokich prędkościach i małych grubościach taśmy ujawniło nieznane wcześniej na taką skalę ograniczenie procesu tj. przywieranie taśmy do krystalizatora. Może być ono definiowane jako przygrzewanie odlanej taśmy się do walców (rys. 2.8). Jeżeli przywieranie jest niewielkie, odlewanie można kontynuować. Jeśli natomiast zjawisko to jest duże, często musi nastąpić przerwa w odlewaniu, gdyż elementy taśmy nie mogą być samoistnie usunięte z krystalizatora podczas odlewania. Przywieranie zawsze powoduje niebezpieczeństwo dla powierzchni walca i w wyjątkowych przypadkach powstaje konieczność jego regeneracji.. Rys. 2.8. Zjawisko przyklejania się odlewanej taśmy do walców[12] Stwierdzono, że problem ten mógłby zostać rozwiązany poprzez staranne przygotowanie i ciągłe smarowanie powierzchni walców podczas odlewania. Przebadano szereg materiałów, przy czym najszerzej stosowanym w praktyce rozwiązaniem jest zawiesina koloidalnego grafitu w wodzie. Smar nakłada się poprzez dysze powietrzne. Przy dużych prędkościach odlewania cienkich taśm ważne jest, żeby smarowanie było dokładnie kontrolowane. W tych warunkach proces ten jest bardziej wymagający niż przy typowych grubościach i prędkościach, gdzie smarowanie może być przerywane lub sporadycznie zatrzymane bez narażania odlewu. Świadome i kontrolowane dozowanie smaru w funkcji prędkości walca jest bardzo ważne, zbyt małe może prowadzić do przywierania metalu do krystalizatora, a zbyt duże do niezadowalającej jakości powierzchni taśmy. Przywieranie może nadal występować nawet wtedy, gdy smar jest rozpylany na walce maszyny. 19.

(20) odlewniczej - w tym przypadku naturalną praktyką jest zmniejszenie prędkości odlewania [12,13].. Rys. 2.9. Elementy składowe krystalizatora w linii TRC (rdzeń z kanałami wodnymi oraz płaszcz) W literaturze, szczególnie patentowej, można spotkać szereg rozwiązań technicznych i konstrukcyjnych walców krystalizatorów. Najczęściej składają się one z rdzenia oraz płaszcza (por. rys. 2.9). Wewnątrz krystalizatora znajdują się kanały, którymi przepływa ciecz chłodząca. Kształt przekroju poprzecznego takich kanałów może być różny. W znanych rozwiązaniach jest on niezmienny na długości roboczej kanału. Najpopularniejsze kształty kanałów to kanały o przekroju prostokąta [7], połówki koła [14] czy litery „U” [15]. W literaturze można jednak znaleźć rozwiązania niekonwencjonalne jak np. kształt trapezu [16]. Kanały takie mogą przebiegać w kierunkach równoległych do osi walca [7,17], na kierunkach obwodowych [14,15,18] lub spiralnych [16,19], przy czym oś spirali jest też osią walca. Każdy z układów kanałów ma swoje korzystne cechy. Kanały rozmieszczone na kierunkach równoległych do osi walca najczęściej ograniczają zróżnicowanie temperatury pomiędzy brzegami walca, lub miedzy brzegami a środkiem walca, natomiast kanały ułożone na kierunku obwodowym zmniejszają zróżnicowanie temperatury na obwodzie krystalizatora. Kanały dla medium chłodzącego są wykonywane jako bruzdy w rdzeniu [7,14,19] lub w płaszczu walca [15,18], jako otwory wewnątrz rdzenia lub płaszcza [20] lub jako szczeliny między rdzeniem a płaszczem [16,21]. Kanały te połączone są z odpowiednimi kolektorami, którymi doprowadzane i odprowadzane jest medium chłodzące. Na rysunkach 2.10 – 2.13 zaprezentowano w sposób schematyczny różne rozwiązania konstrukcyjne walców krystalizatorów.. 20.

(21) Rys. 2.10. Konstrukcja walca krystalizatora z kanałami wodnymi w kierunku obwodowym, wykonanymi w płaszczu walca, o kształcie litery „U” [15]. Rys. 2.11. Konstrukcja walca krystalizatora z kanałami wodnymi w kierunku obwodowym, wykonanymi w rdzeniu walca, o kształcie połowy koła [14]. 21.

(22) Rys. 2.12. Konstrukcja walca krystalizatora z kanałami wodnymi w kierunku spiralnym, wykonanymi w rdzeniu walca, o kształcie prostokąta [19]. Rys. 2.13. Konstrukcja walca krystalizatora z kanałami wodnymi w kierunku spiralnym, wykonanymi jako puste przestrzenie między rdzeniem i płaszczem, o kształcie trapezu [16] Walce krystalizatora wykonywane są tradycyjnie z różnych gatunków stali. Szczególnie płaszcz walca krystalizatora, z uwagi na znaczne obciążenia mechaniczne i termiczne wykonany powinien być ze specjalnych gatunków stali (przykład - por tab. 2.3 [22]).. 22.

(23) Tab. 2.3. Składy chemiczne stali stosowane na płaszcze krystalizatorów [22] Nr C Mn Cr Ni Mo V W Co materiału [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] 1 0,56 0,54 2,13 0,45 0,95 0,35 0,34 2 0,54 0,48 2,16 0,46 0,91 0,33 0,34 3 0,54 0,47 2,19 0,45 0,90 0,34 0,33 4 0,57 0,49 2,03 0,47 1,00 0,33 5 0,54 0,54 2,13 0,48 1,01 0,34 6 0,30 0,52 2,01 0,50 1,98 0,49 7 0,31 0,52 2,01 0,50 0,99 0,76 8 0,30 0,52 3,02 0,50 1,48 0,49 9 0,48 0,42 1,12 0,12 1,07 0,51 0,50. Fe [%] Reszta Reszta Reszta Reszta Reszta Reszta Reszta Reszta Reszta. Szeroko zakrojone badania naukowe nad procesem Twin Roll Casting doprowadziły do wprowadzenia pewnych ulepszeń w celu zwiększenia szybkości chłodzenia. Miedź posiada wyższą przewodność cieplną od stali, dlatego zastosowano ją do budowy pewnych elementów krystalizatora. Ze względu na niższą wytrzymałość miedzi w porównaniu ze stalą zastosowano niższe obciążenia, które wynoszą 1/10 do 1/100 obciążenia w metodzie konwencjonalnej. Zrezygnowano również ze smarowania walców, gdyż obniża on współczynnik przewodzenia ciepła pomiędzy walcami a taśmą. Dlatego też bez smaru tempo chłodzenia taśmy, a zarazem krystalizacji zwiększa się. Podczas odlewania taśm z dużą prędkością, taśma nie przyklejają się do walców ze względu na niskie obciążenia podczas procesu. Rozwiązania walców krystalizatorów, w których płaszcz wykonany jest z miedzi lub ze stopów miedzi przedstawiono m.in. w pracach [23-27]. Pojawiają się również patenty, w których proponuje się wykonanie krystalizatorów z dodatkową tuleją wykonaną z miedzi, co poprawia odprowadzanie ciepła z metalu [25], krystalizatory wykorzystujące materiały ceramiczne [28] czy węglik krzemu [29], zapewniające odpowiednią sztywność płaszcza oraz tolerancje wymiarowe wyrobu. Pomimo szeregu rozwiązań technicznych najczęściej stosowane w przemyśle są klasyczne rdzenie oraz płaszcze krystalizatora wykonane ze stali. Jak wynika z rysunków 2.3 - 2.7 drugim kluczowym elementem linii do ciągłego odlewania metodą TRC jest układ zalewowy podający ciekły metal na walce krystalizatory. Schemat układu zalewowego ukazany został na rysunku 2.14. Układ zalewowy doprowadzający ciekły metal z pieca odlewniczego do obszaru krystalizacji wykonywany jest na ogół z wykorzystaniem dwóch elementów tj. zbiornika zasobnika z kontrolą przepływu ciekłego metalu oraz dyszy, którą ciekły metal jest podawany wprost w przestrzeń między walce - krystalizatory. Podstawowym zadaniem zbiornika zasobnika jest zapewnienie właściwego transportu metalu oraz stałego ciśnienia metalostatycznego, natomiast głównym zadaniem dyszy jest właściwa dystrybucja ciekłego metalu na szerokości odlewanego pasma. Istnieją rozwiązania techniczne układu zalewowego [30-36] zmierzające do tego, aby w jak najwyższym stopniu zapewnić równomierny przepływ metalu na szerokości i stabilność temperatury podawanego na walce ciekłego metalu. W praktyce zarówno zbiornik jak i dysza wykonywane są głównie z materiałów ceramicznych. 23.

(24) Rys. 2.14. Schematyczny widok dyszy układu zalewowego stosowanego w linii TRC [11]. Rys. 2.15. Konstrukcja wielostrefowej i wielostrugowej dyszy podającej z wykonanymi wewnątrz stosami zbudowanymi z paneli grzewczych i chłodzących [36]. 24.

(25) 2.2.3. Modyfikacje linii ciągłego odlewania TRC Ciągłe odlewanie metodą TRC obejmuje trzy podstawowe układy odlewania, które zostały opisane w rozdziale poświęconym rozwojowi procesu TRC. Są to układy: poziomy, poziomy pochylony oraz pionowy. W praktyce przemysłowej stosowane są jednak głównie układy poziome. Układy ciągłego odlewania wykorzystujące obracające się cylindryczne krystalizatory doczekały się jednak szeregu modyfikacji technicznych, istniejących głównie w liniach laboratoryjnych. Na rysunku 2.16 przedstawiono widok układu z dyszą podającą (układ konwencjonalny) oraz jego pierwszą modyfikację polegającą na zastąpieniu dyszy pojemnikiem podającym ciekły metal na walce [37-41]. Z pozoru wydawać by się mogło, że wariant z dyszą podającą gwarantuje korzystniejsze parametry procesu. W istocie posiada on jednak pewne ograniczenie przekładające się na zmniejszenie wydajności linii. Z tego powodu chętnie stosowana jest modyfikacja w postaci wprowadzenia do układu pojemnika podającego, dzięki któremu zwiększa się obszar kontaktu ciekłego metalu z walcem krystalizatorem, a dzięki temu możliwe jest zwiększenie prędkości odlewania.. Rys. 2.16. Schemat procesu odlewania ciągłego metodą TRC: a) z dyszą podającą, b) z pojemnikiem podającym [38,41] Modyfikacja ta nie jest jednak pozbawiona wad. Niskie ciśnienie metalostatyczne powoduje odseparowanie krzepnącego materiału od krystalizatora, jak widać na górnym obrazie z rysunku 2.17. To z kolei generuje wady wlewków w formie zatarcia lub pofalowania się powierzchni odlewanego wlewka, które formują się na dolnej stronie odlewanej blachy (czyli od strony walca dolnego na którym krzepnie ciekły stop) [38,41]. Po stronie górnej (strona walca formującego, dociskającego) blacha nie posiada defektów. Wzrost prędkości obrotowej walców powoduje powstawanie coraz to większej ilości defektów, na całej długości odlewanego wlewka. Wywoływane to jest tworzącym się odskokiem menisku na dolnym walcu (przy końcu pojemnika podającego ciekły stop) przez oddziaływanie powstającego tam ciśnienia, co zilustrowano na rysunku 2.17. Przeciwdziała się temu poprzez stosowanie zmiany w wysokości ciekłego stopu w pojemniku podającym. Zwiększenie wysokości ciekłego stopu w pojemniku powoduje, że ciekły metal rozlewający się na walcach styka się z nimi na dłuższym odcinku i jest pod wytwarzającym się wyższym ciśnieniem matalostatycznym, które wywiera jego ciężar własny [38,41].. 25.

(26) Rys. 2.17. Wpływ wysokości i ciśnienia ciekłego stopu na tworzenie się menisku na dolnym krystalizatorze [38,41] Aby zwiększyć wydajność linii podczas odlewania pewnych grup stopów, w układzie poziomym stosuje się pojemnik na ciekły stop wyposażony dodatkowo w pochylnię chłodzącą (rys. 2.18). W przypadku materiałów o pewnym rozstępie między likwidusem a solidusem, odlewanie odbywa się z wcześniej powstałego stanu półstałego. Ciekły stop zalewa się na pochylnię bezpośrednio z pieca i wtedy następuje jego ochładzanie, aż do powstania stanu półstałego. W trakcie ochładzania stopu do stanu półstałego pojawia się w nim faza stała w ilości 10-20%. Po spłynięciu po pochylni w pojemniku zalewowym znajduje się stop w stanie półstałym i w takiej formie podawany jest pomiędzy walce. Ukryte w stopie ciepło przegrzania zostało częściowo odebrane od odlewanego materiału na pochylni.. Rys. 2.18. Schemat odlewania ciągłego metodą TRC w z pochylnią chłodzącą ciekły stop [42,43] Krystalizacja do stanu stałego następuje więc szybciej niż miałoby to miejsce bezpośrednio ze stanu ciekłego. Zmniejszeniu ulega w ten sposób czas krzepnięcia metalu 26.

(27) pomiędzy walcami i co oczywiste ilość ciepła, którą wyprowadzić należy z materiału, przez co można zwiększyć wydajność linii [42,43]. Należy pamiętać, iż nie tylko linie w układzie poziomym doczekały się szeregu modyfikacji, dotyczy to również linii TRC w układzie pionowym. W klasycznej linii TRC w układzie pionowym ciekły metal rozlewa się w sposób swobodny na walcach i zapełnia przestrzeń między walcami w sposób grawitacyjny, jak ukazano na rysunku 2.19.. Rys. 2.19. Schemat odlewania ciągłego metodą TRC w układzie pionowym [40] Układ taki może bezproblemowo pracować podczas odlewania taśm z aluminium oraz jego stopów z prędkościami do kilku metrów na minutę. Podczas zwiększenia prędkości odlewania następuje istotne pogorszenie jakości powierzchni (obserwowane jako zatarcia będące efektem powstawania menisku pomiędzy powierzchnią walca a metalem), dodatkowo szybkość odbioru ciepła z metalu przez walce – krystalizatory jest niewystarczająca. W układzie zmodyfikowanym wykonana została specjalna dysza podająca, która jest w bezpośrednim kontakcie z walcami, dzięki czemu istnieje możliwość zwiększania ciśnienia metalostatycznego w momencie, gdy zaobserwowane zostaną wady powierzchni taśmy. Zwiększenie ciśnienia powoduje bowiem – podobnie jak w przypadku układu poziomego zmniejszenie menisku tworzącego się przy powierzchni walców. Dodatkowo w celu zwiększenia szybkości krzepnięcia istnieje możliwość zastosowania płaszczów z miedzi [40,44].. Rys. 2.20. Schemat odlewania ciągłego metodą TRC w układzie pionowym z dyszą podającą oraz ukazanie zaniku menisku na powierzchni walca – krystalizatora [40,44] Zastosowanie dyszy podającej w układach pionowych stało się w kolejnym kroku przesłanką do dalszego rozwoju, polegającego na wprowadzeniu modyfikacji w postaci pochylni chłodzącej. Podobnie jak w przypadku układu poziomego rozwiązanie to jest dedykowane dla stopów aluminium krzepnących w pewnych zakresach temperatury 27.

(28) pomiędzy linią likwidus a solidus [44-49]. Schemat takiego rozwiązania przedstawiono na rysunku 2.21.. Rys. 2.21. Schemat odlewania ciągłego metodą TRC w układzie pionowym z dyszą podającą oraz pochylnią chłodzącą [48]. Rys. 2.22. Schemat odlewania ciągłego metodą TRC w układzie pionowym z dyszą podającą z gazem pod ciśnieniem: a) układ dwu-dyszowy b) układ jedno-dyszowy [38] Innym przykładem modyfikacji zastosowanej w układzie pionowym jest układ, w którym podaje się ciekły stop na walce pod podniesionym ciśnieniem, przez wtryśnięcie go za pomocą ciśnieniowej dyszy podającej (rys. 2.22). W klasycznym układzie pionowym metal spływa pomiędzy walce w sposób samoczynny (grawitacyjnie), a w tej metodzie zastosowano wpływ oddziaływania ciśnienia gazu na ciekły stop w specjalnej dyszy podającej. Układy takie mogą posiadać jedną dyszę (przy podawaniu stopu na jeden walec) lub dwie dysze (przy podawaniu stopu na oba walce). Najczęściej stosowanym układem jest jednak układ jedno-dyszowy, w którym ciekły stop jest wrzucany przez szczelinę w dyszy pod ciśnieniem gazu w układzie podającym na walec bez docisku. Drugi walec formujący (dociskający) w kontakcie z wytwarzającym się meniskiem formuje ciekły stop. Modyfikacja ta jest alternatywą dla układu z dyszą podającą, a jej głównym zadaniem jest likwidacja powstającego menisku przy powierzchni walców przy dużych prędkościach odlewania (sięgających nawet kilkudziesięciu metrów na minutę) przy zastosowaniu płaszczów wykonanych z miedzi [38]. 28.

(29) Odmienna modyfikacja linii odlewniczej w układzie poziomym została zaproponowana w pracach [50-53]. W dotychczas opisywanych układach bowiem walce krystalizatory posiadały identyczne średnice, a regulacja długości kontaktu ciekłego metalu z walcami regulowana była np. poprzez wprowadzenie pojemnika podającego czy różnych rodzajów dysz podających. W tym przypadku zastosowano inną koncepcję, polegającą na wykorzystaniu walców krystalizatorów o różnych średnicach. Ich płaszcze mogą być wykonane zarówno ze stali jak i miedzi. Głównym zadaniem tej konstrukcji było zwiększenie długości kontaktu ciekłego metalu z walcami – krystalizatorami, co przełożyło się bezpośrednio na zwiększenie prędkości odlewania nawet do kilkudziesięciu metrów na minutę (wyższe prędkości można oczywiście uzyskać w przypadku płaszczów wykonanych z miedzi). Omawiana koncepcja została również rozszerzona o pochylnię chłodzącą, co skutkuje odlewaniem stopów w stanie półstałym. Oba rozwiązania ukazane zostały na rysunku 2.23.. Rys. 2.23. Schemat odlewania ciągłego metodą TRC w układzie poziomym z wykorzystaniem różnych średnic walców (a) oraz pochylnią chłodzącą (b) [50] Badania laboratoryjne nad technologią ciągłego odlewania metodą TRC doprowadziły do powstania linii laboratoryjnych, dzięki którym można otrzymać taśmy platerowane (bimetalowe) np. aluminiowo – stalowe lub taśmy aluminium – stop aluminium (np. silumin). Stanowisko do odlewania taśm platerowanych (bimetalowych) składa się z dwóch części, będących w istocie układem do odlewania typu TRC w pojemnikiem podającym (por. rys. 2.16). Istnieje możliwość połączenia wspomnianych układów tworząc linię zarówno w układzie pionowym jak i poziomym, co ukazano na rysunku 2.24. Odlewanie taśm bimetalowych odbywa się poprzez odlewanie taśmy bazowej (zazwyczaj jest to dolna taśma o większej grubości) oraz taśmy „powlekającej” (zazwyczaj taśma górna o mniejszej grubości). Aby doszło do połączenia obu taśm (w przypadku aluminium oraz jego stopów) kontakt pomiędzy nimi musi nastąpić w momencie ich krzepnięcia, gdy znajdują się w stanie półstałym. W przypadku odlewania taśm aluminiowo – stalowych pomiędzy walce wprowadza się taśmę stalową w stanie stałym, a aluminium w stanie ciekłym, który na niej krzepnie i jest poddawany jednoczesnemu procesowi walcowania [54,55].. 29.

(30) Rys. 2.24. Schemat odlewania ciągłego taśm platerowanych metodą TRC w układzie pionowym oraz poziomym [54] W podobny sposób otrzymać można taśmę kompozytową (taśmę z aluminium z zanurzonym w niej drutem stalowym) [56-58]. Koncepcja rozwiązania technicznego omawianego układu polega na połączeniu maszyny do odlewania w układzie poziomym, wyposażoną w pojemnik podający, z którego to metal podawany jest na górny walec i zostaje wciągnięty pomiędzy parę walców – krystalizatorów, co jest związane z wysoką prędkością obrotową walców. Od dołu natomiast podawany drut stalowy, który można zatopić zarówno w środku taśmy jak i na jej powierzchni (zależnie od usytuowania podajnika drutu w stosunku do powierzchni dolnego walca). Schemat omawianego rozwiązania ukazano na rysunku 2.25.. Rys. 2.25. Schemat odlewania ciągłego taśm kompozytowych metodą TRC [58] Pomimo powstania szeregu modyfikacji technicznych laboratoryjnych układów do ciągłego odlewania metodą TRC na przestrzeni ostatnich 15-20 lat, w praktyce przemysłowej nadal stosowane są najczęściej układy konwencjonalne poziome oraz poziome pochylone, z walcami krystalizatorami wykonanymi ze stali. Jak wynika z przedstawionej analizy 30.

(31) omawiana technologia staje się coraz szerzej stosowana również dla zastosowań niekonwencjonalnych.. 2.2.4. Badania nad procesem krzepnięcia i odkształcenia w linii TRC W technologii Twin Roll Casting dochodzi do jednoczesnego procesu krzepnięcia oraz odkształcenia plastycznego otrzymywanego materiału. W literaturze można spotkać publikacje próbujące wyjaśnić sposób, w jaki przebiegają oba wspomniane etapy. Głównie są to symulacje numeryczne wykorzystujące metodę elementów skończonych i ukazujące zmianę temperatury materiału na długości kotliny, z uwzględnieniem obszaru wejścia pomiędzy walce – krystalizatory oraz wyjścia z obszaru krystalizacji. Można również spotkać publikacje ukazujące ilość frakcji materiału, która uległa krystalizacji na długości kotliny procesu TRC, symulacje przepływu metalu w układzie zalewowym itp. Generalnie największą wadą znanych z literatury prac jest wykorzystanie uniwersalnych (często jedynie przybliżonych) baz danych opisujących właściwości fizykalne odlewanych materiałów. Pierwsze symulacje sposobu krzepnięcia dotyczyły odlewania stali [59-64] , dopiero w późniejszym czasie pojawiły się publikacje ukazujące symulację procesu krzepnięcia aluminium i jego stopów [65-68] oraz magnezu i jego stopów [69-72]. Istnieje również grupa prac koncentrująca się na parametrach siłowych w procesie TRC. Dla wspomnianych materiałów dane takie jak siła nacisku metalu na walce – krystalizatory można znaleźć m.in. w [63,65-67,70,73]. Autorzy prac [62,74] dokonali próby symulacji struktury materiału (odpowiednio stali i aluminium) w stanie po odlewaniu metodą TRC. Analizę aktualnego stanu wiedzy w zakresie zjawisk występujących w obszarze krystalizacji należy rozpocząć od schematycznego ukazania występowania granic fazowych w kotlinie procesu TRC. Na rysunku 2.26 ukazano przykładowy przebieg obszarów granic fazowych ciecz - ciało stałe dla odlewania stali.. Rys. 2.26. Układ przestrzenny powierzchni międzyfazowej solidus podczas symulacji odlewania stali metodą TRC [59]. 31.

(32) Rys. 2.27. Układ linii likwidus - solidus podczas symulacji odlewania stopów aluminium krzepnących w pewnym zakresie temperatury (stop Al-4,5%Cu) [68] Należy jednak pamiętać, iż stopy aluminium krystalizują zazwyczaj w pewnym zakresie temperatury pomiędzy linią likwidus oraz solidus. Wówczas w kotlinie procesu poza obszarem ciekłym oraz stałym można wyróżnić obszar współistnienia fazy ciekłej i stałej, co ukazano na rysunku 2.27. Doświadczalne określenie występowania granic fazowych nie zostało jak dotychczas zrealizowane. Analiza rozwiązań technicznych układu zalewowego w liniach TRC (por. rozdział 2.2.2) pozwala na stwierdzenia, iż metal za ich pomocą powinien być podawany w sposób równomierny oraz zapewniać jego stałą temperaturę. W literaturze istnieją próby symulacji przepływu ciekłego metalu w dyszy podającej. Jak wynika z rys. 2.28 przepływ ten ma zazwyczaj charakter turbulentny oraz istnieje znaczny gradient temperatury na przekroju obszaru układu zalewowego.. Rys. 2.28. Symulacja rozkładu temperatury oraz przepływu stali w dyszy podającej [60]. 32.

(33) Rysunek 2.29 ukzauje, z kolei, iż przpływ ciekłego metalu charakteryzuje się zmienną prędkością w różnych regionach układu zalewowego. Niezależnie od zmiany prędkości odlewania najwyższa prędkość przepływu metalu obserwowana jest w górnej części układu zalewowego, w obszarze podawania go na górny walec, w dolnej części prędkość ta jest istotnie niższa.. Rys. 2.29. Symulacja prędkości przepływu stopu magnezu AZ31 w dyszy podającej [72]. 33.

(34) Rys. 2.30. Symulacja rozkładu frontu krystalizacji oraz wzrostu ziaren odlewanego metalu podczas krystalizacji w kotlinie procesu TRC w zależności od temperatury zalewania [62] Podczas kontaktu ciekłego metalu z walcami – krystalizatorami dochodzi do szybkiego procesu krzepnięcia materiału. Na rysunku 2.30 ukazano próbę symulacji struktury powstającej w omawianym procesie. W tym celu z analizowanego obszaru wyodrębniono komórkę, oraz ukazano w jaki sposób następuje wzrost ziaren. Przy powierzchni dochodzi do szybkiej krystalizacji i można w tym obszarze zaobserwować drobne ziarna równoosiowe (kryształy zamrożone), w dalszej części obserwuje się długie dendryty, których kierunek wzrostu odpowiada kierunkowi odprowadzania ciepła z metalu. Na rysunkach 2.31 – 2.32 zobrazowano przykładowe, ukazane w literaturze wyniki symulacji MES procesu krzepnięcia oraz nacisków występujących podczas odlewania taśm z aluminium oraz stopu aluminium serii 7XXX. Rysunek 2.33 ukazuje natomiast wpływ zmiany prędkości odlewania oraz współczynnika przenikania ciepła na siłę nacisku metalu na walce – krystalizatory.. a). b) Rys. 2.31.Wyniki symulacji MES procesu krzepnięcia stopu aluminium przy odlewaniu między obracające się cylindryczne krystalizatory [65]: a) udział fazy stałej, b) nacisk [MPa] Na podstawie danych ukazanych na rysunku 2.31 można zauważyć, iż nacisk metalu na walce krystalizatory pojawia się wówczas, gdy w materiale nie ma już frakcji ciekłej, tzn. taśma jest skrystalizowana na całej grubości. Największy nacisk pojawia się w okolicach osi walców, tuż przed opuszczeniem kotliny procesu TRC przez materiał. Związane jest to najprawdopodobniej z faktem, iż podczas odlewania, po krystalizacji następuje intensywny 34.

(35) odbiór ciepła przez walce – krystalizatory, a co za tym idzie – wzrost oporu plastycznego odlewanego materiału.. a). b). c) Rys. 2.32. Wyniki symulacji MES procesu krzepnięcia stopu aluminium serii 7XXX przy odlewaniu między obracające się cylindryczne krystalizatory [66]: a) temperatura materiału [K], b) udział fazy ciekłej, c) nacisk [MPa] Podobne spostrzeżenia dotyczące zmiany temperatury na długości kotliny procesu TRC, ilości występującej fazy ciekłej oraz nacisku metalu na walce można wyciągnąć na podstawie rysunku 2.32. Warto jednak dodatkowo zauważyć, iż zwiększenie prędkości odlewania powoduje rozszerzenie zakresu występowania fazy ciekłej, wpływa na wzrost temperatury otrzymanego materiału na wyjściu z walców – krystalizatorów oraz powoduje obniżenie nacisku metalu na walce. Obserwacje te zostały potwierdzone obliczeniami globalnych parametrów procesowych podczas odlewania, które ukazano na rysunku 2.33. Jak widać zwiększenie prędkości odlewania powoduje spadek siły nacisku metalu na walce. W odmienny sposób 35.

(36) wpływa natomiast zwiększenie współczynnika przenikania ciepła – dla tej samej prędkości odlewania obserwowany jest wówczas wzrost siły nacisku metalu na walce.. Rys. 2.33. Wpływ zmiany prędkości odlewania oraz współczynnika przenikania ciepła na siłę (wartości obliczone) podczas odlewania stopu aluminium serii 7XXX [66] Co oczywiste, zmiana prędkości odlewania oraz współczynnika przenikania ciepła w znaczny sposób wpływać będzie na temperaturę materiału opuszczającego krystalizatory w fazie stałej. Zależność taka została ukazana na rys. 2.34 dla różnych grubości finalnych otrzymanych taśm.. 36.

(37) Rys. 2.34. Wpływ zmiany prędkości odlewania oraz współczynnika przenikania ciepła na temperaturę odlanej taśmy ze stopu magnezu AZ31 o różnych grubościach (a-4mm, b-8mm) [69] Jak łatwo zaobserwować wpływ ten jest najmniejszy dla taśm o małej grubości, odlewanych w warunkach wysokiego współczynnika przenikania ciepła. Zwiększenie grubości taśmy oraz obniżenie współczynnika przenikania ciepła powoduje istotny wzrost temperatury otrzymanego wyrobu. Z punktu widzenia analizy modelowej procesu krzepnięcia materiału w kotlinie TRC niezwykle istotne jest określenie stopnia intensywności stygnięcia odlewu wyrażanego liczbą Biota. W ramach danych literaturowych dostępne są symulacje ukazujące tę wartość w zależności od współczynnika przenikania ciepła oraz końcowej grubości taśmy. Jak można zaobserwować na rysunku 2.35 wielkość liczby Biota dla warunków symulowanych przez autorów pracy [69] mieści się w zakresie 0,2-1,3. Jest ona istotnie niższa dla taśm odlanych na większą grubość oraz przy obniżeniu współczynnika przenikania ciepła. Można jednak z pewnym przybliżeniem założyć, iż w badanym procesie dla aluminium wartości te będą oscylować w podobnym zakresie wartości, a liczba Biota będzie się obniżać wraz ze wzrostem prędkości odlewania.. 37.

(38) Rys. 2.35. Zmiana liczby Biota wzdłuż kotliny procesu TRC w funkcji współczynnika przenikania ciepła oraz końcowej grubości taśmy dla stopu magnezu AZ31 (grubość początkowa założona na poziomie 12mm) [69] W literaturze można również napotkać na prace np. [75] opisujące obciążenie mechaniczne walca krystalizatora zarówno w aspekcie naprężeń występujących w płaszczu oraz rdzeniu, po jego montażu powstałe na skutek skurczu cieplnego, naprężeń termicznych powstających podczas kontaktu z rozgrzanym ciekłym metalem jak i naprężeń podczas procesu TRC, w momencie gdy skrzepnięty materiał opuszcza walce - krystalizatory. Na podstawie ukazanych analiz można zaobserwować, iż najwyższe wytężenie materiału występuje w płaszczu krystalizatora, stąd wynika wniosek, iż musi być on odpowiednio zaprojektowany oraz wykonany. W rdzeniu występujące naprężenia są około pięciokrotnie niższe. Koncentracja najwyższych naprężeń występuje głównie w okolicy żeber tworzących kanały do przepływu cieczy chłodzącej pomiędzy rdzeniem a płaszczem krystalizatora.. Rys. 2.36. Symulacja naprężeń występujących w płaszczu oraz rdzeniu krystalizatora, po jego montażu powstałego na skutek skurczu cieplnego (a); naprężeń w temperaturze pracy (b); naprężeń podczas procesu TRC, w momencie gdy skrzepnięty materiał opuszcza walce – krystalizatory (c) [75]. 38.