VLIV PARAMETRŮ VYSOKOTLAKÉHO OSTŘIKU NA KVALITU ODOKUJENÍ

Abstract

Tato práce se komplexně zabývá procesem hydraulického odokujení horkých povrchů. Hydraulické odokujení je proces, při němž jsou odstraňovány vrstvy oxidů z horkých, obvykle ocelových povrchů za pomoci vysokotlakého ostřiku vodním paprskem. Kvalita odokujení je významná pro výslednou kvalitu povrchu válcovaného produktu. Nedostatečné odokujení způsobuje mimo snížení výsledné kvality produktu také značné opotřebení pracovních válců a ztrátu výnosů. Vodní paprsek působí na povrch okují dvěma způsoby. Prvním je mechanická síla dopadající vody a druhým je teplotní ovlivnění ostřikované oblasti způsobující teplotní šok. Existuje mnoho teorií o tom, na jakém principu jsou při tomto procesu okuje odstraňovány. Úkolem této práce tedy bylo objasnit použitelnost jednotlivých teorií a to jak teoreticky, matematickým modelování, tak prakticky, experimenty simulujícími samotný proces odokujení. V experimentální části byly provedeny tři typy experimentálních měření. Prvním je měření dynamické síly vodního paprsku trysky- impaktního tlaku. Druhým je měření teploty ve vzorku během průjezdu pod ostřikovou tryskou a určení součinitele přestupu tepla pomocí inverzní úlohy. Třetím je simulace samotného procesu odokujení a zhodnocení výsledné kvality ostřikovaného povrchu stanovením množství zbylých okují. Data z prvního a druhého typu měření jsou současně použita i jako okrajové podmínky pro výpočtové modely. Ve druhé, výpočtové části byl v MKP (metoda konečných prvků) systému ANSYS vytvořen matematický 2D a 3D model základního materiálu s vrstvou okují. Na těchto modelech byl zkoumán vliv změřených okrajových podmínek na průběh napětí ve vrstvě okují. Byl rovněž zkoumán vliv zadávaných materiálových vlastností. Ty jsou totiž velice špatně měřitelné a objevují se v literatuře se značným rozptylem.

This work is focussed on hydraulic descaling of hot surfaces. Hydraulic descaling is a process when layers of oxides are removed from hot steel surfaces during continuous rolling. High pressure water beam is used. Quality of descaled surfaces is important for final quality of rolled product. Insufficient descaling causes drop of final quality, degradation of rolls and lost of yields. High-pressure water beam has two effects on a scale layer. The first effect is mechanical caused by impact pressure. The second one is a relatively intensive thermal shock depending on a set of parameters (water pressure, nozzle type, distance from the surface, inclination angle, speed of product moving). There are a lot of theories about principles of scales removing. Main task of this work is to make it clear which theory is acceptable and which is just ,,theory”. For this purpose mathematical modelling and experimental work were used. In experimental part, three types of experimental measurement were done. First one, measurement of dynamical effect of water beam – impact pressure. Second one, measurement of temperature drop when a product is passing under the nozzle. Measured data (temperatures) from this measurement are evaluated with inverse task and heat transfer coefficient is obtained. And the third experimental measurement is simulation of whole process of descaling. Quality of descaled surfaces is valuated according to amount of remained oxide scales. Data from firs and second experimental measurement are used as boundary conditions for mathematical modelling. For mathematical simulations, FEM (finite element method) system ANSYS was used. Obtained data from experimental measurement were applied on 2D and 3D models of basic steel material with layer of scale. Influence of theses data on final temperature, stress and strain fields were observed.