Sürekli döküm proses parametrelerinin makroenklüzyon oluşumuna etkileri ve gerçek zamanlı bir kalite tahmin modelinin oluşturulması

Abstract

Sürekli döküm prosesinin ingot döküm prosesine sağlamış olduğu üstünlükler nedeniyle çelik üretim teknolojisi içindeki önemi ve kullanımı son yıllarda hızla artmıştır. Bu prosesinin yaygınlaşmasıyla beraber sürekli döküm ürünü olan slabın yüzey ve içyapı kalitesinin haddeleme işleminden önce bilinmesi kalite uygulamaları açısından son derece önemlidir. Slab kalite karakteristiklerinin bilinmesiyle; slablar, çelikhaneden haddehaneye en az ısı kaybı ve en az işlemle taşınabilir. Sıcak şarj olarak adlandırılan bu kavram sayesinde slablarm döküm süreci sonunda sahip oludukları ısı korunarak haddeleme öncesi yapılacak tavlama işlemi süresinde ve harcanacak enerjide büyük ölçüde tasarruf sağlanır. Bu nedenle sürekli döküm prosesinin sağladığı en önemli avantajlardan birisi slablarm haddehaneye sıcak şarj edilebilmesidir. Demir ve çelik endüstrisinde, sürekli döküm slablanmn sıcak şarjını en iyi şekilde yapılabilmesi için dünya çapında yoğun bir çaba sarf edilmektedir. Sıcak şarj, şirket içi örgütsel yapı ve arada sırada slablarda oluşan kusurlar tarafından kısıtlanır. Bu kusurlar bir muayene işlemini ve muhtemelen slaba bir ara kusur giderme işlemi uygulanmasını gerektirir. Ancak bu muayene işlem veya işlemlerini yüksek sıcaklıkta yapmak oldukça zordur. Pratikte, sürekli döküm sürecinde meydana gelen tüm kesintilerden ve bunların sonucu oluşan kusurlardan tamamen kaçınılamaz. Diğer bir deyişle, kusursuz slab üretilmesine büyük özen gösterilmesine rağmen, sıcak şarj kavramı; slablar kontrol edilmeden gerçekleştirilemez. Bu nedenle, sıcak şarjdan en yüksek seviyede yararlanmak için slablar soğutulduktan sonra yapılacak fiziksel kontroller ile kalitenin belirlenmesi yerine; slablarm kalitesinin proses şartlarının izlenerek tahmin edilmesi bir gereklilik haline gelmiştir. Bu çalışmada makroenklüzyon kusurunu tahmin edebilecek özgün bir metalurjik model oluşturulmuştur. Çalışmanın ilk bölümünde, temel amaç ve kısıtlar belirlenmiş ve ilgili proses parametrelerinin saptanması için geliştirilen çözüm yaklaşımı açıklanmıştır. İkinci ve üçüncü bölümde, sürekli döküm prosesinin tarihçesi, teknolojisi ve prensipleri açıklanmışlar. Ayrıca, sürekli döküm prosesinin ana bileşenleri ve fonksiyonları genel hatlarıyla anlatılmıştır. Dördüncü bölümde, sürekli döküm prosesinde kalite kontrol prensipleri açıklanmış ve bilgisayar destekli kalite kontrolün temel prensipleri ve otomasyon yaklaşımı ele alınmıştır. Beşinci bölümde, sürekli döküm slablannda gözlemlenen yüzey ve iç yapı kusurları tanıtılmış, kusur oluşumuna etki eden faktörler belirtilmiştir. Altıncı bölümde, sürekli döküm slablannda enklüzyon oluşumu incelenmiş ve makroenklüzyon oluşum mekanizmaları açıklanmıştır. Yedinci bölümde, sürekli döküm slablannm makroenklüzyon içeriğine etki eden faktörlerin belirlenmesi için kullanılacak proses parametreleri ayrı ayrı incelenmiştir. Sekizinci ve dokuzuncu bölümde ise çalışmanın yapıldığı sürekli döküm tesislerinin teknik özellikleri, veri toplama ve istatistiksel yaklaşım verilmiştir. Ayrıca, kalite tahmin modeline temel oluşturacak makroenklüzyon-proses parametreleri ilişkileri ve metalurjik fonksiyonlar her bir parametre için belirlenmiş ve sonuçlar açıklanmıştır. Son olarak onuncu bölümde, çalışmanın genel bir özeti yapılmış ve oluşturulan kalite tahmin modelinin sonuçlan detaylı olarak irdelenmiştir. Aynca yapılan çalışmanın bilimsel açıdan önemi ve gelecekteki araştırmalar için hareket tarzlan hakkında bilgiler verilmiştir. Sonuçta, sürekli döküm prosesi için pratik olarak kullanılabilecek özgün bir makroenklüzyon tahmin modeli oluşturulmuş ve her bir etkenin ağırlık katsayısı hesaplanmıştır. Makroenklüzyon tahmin modeli sonuçlan ve gerçekleşen makroenklüzyon değerleri karşılaştmlmıştır. In the recent years, the use and importance of continuous casting process have increased rapidly in steelmaking technology since the advantages provided by continuous casting process compare to ingot casting process. Common usage of this process, knowing the slab surface and internal quality is very critical in the application of quality. By known slab quality characteristics, slabs are transferred from the steel plant to the rolling mill with a minimum of heat loss and manipulation. Thanks to this approach, which is called, hot charging, the heat of slabs at the end of casting process are conserved; the heat treatment process duration and energy consumption are reduced. Therefore, one of the most important advantages of continuous casting process is charging of slabs to rolling mill in a hot condition. Efforts are being made worldwide in the iron and steel industry to develop improved methods for perfection of hot charging of continuously cast slabs. Hot charging is restricted by organisational aspects and defects occuring occasionally on the slabs. These defects make necessary an inspection and possibly a defect removal treatment application. However, those inspections are difficult to carry out at high temperatures. Practically, it is not possible to entirely avoid disturbances and the resulting slab defects during continuous casting process. In other words, the concept of hot charging cannot be realised without checking of slabs, even if the greatest possible care is taken to produce defect-free slabs. Therefore, hot charging can be utilised by tracing process conditions with on-line quality prediction model instead of cooling the slab and making physical controls. xu In this study, a genuine macro inclusion prediction model has been established. In the first part of the work, the basic purposes and restrictions are described and the solution approach for the prediction model of macro inclusion is explained. In the second and third parts, the history, technology and principles of the continuous casting process are described. In addition, the main components of continuous casting process and their general functions are mentioned. In the fourth part, aspects of modern quality control for continuous casting are explained. The basic principles of computer aided quality control and its automation approach is considered. In the fifth and sixth part of this study, the surface and internal defects observed on the slabs and the affecting parameters are defined. The macro inclusion formation examined and mechanism of macro inclusion formation is explained. In the seventh part of this study, for the determination of process parameters, the affecting factors of macro inclusion formation on the slabs are individually analysed. In the eighth and ninth part of this study, the technical specification of continuous casters and data collection and statistical approach are explained. The correlations between macro inclusion formation and process parameters and metallurgical functions, which will be a base for on-line quality prediction model, are determined and results are explained. In the tenth part, the study is reviewed and the results of the statistical study are discussed in detail. The importance and the future aspects of the work are discussed. Finally, a genuine macro inclusion prediction model, which can be practically used in slab production, has been established for continuous casting process. Weight factor of each effect is determined. Predicted and observed macro inclusion results have been compared.