Hilseen muodostumisen mallinnus IDS-ohjelmistolla

Abstract

Teräksen valmistuksen yksi suurimpia trendejä tänä päivänä on hiilineutraalisuus. Hiilineutraaliin teräksenvalmistukseen pyritään pääsemään nostamalla kierrätysteräksen ja muiden sähkösulatusmetodein valmistetun teräksen osuutta. Sähkösulatuksessa terästä jalommat aineet, kuten kupari, jäävät terässulaan, eivätkä hapetu kuonaan. Lähes kaikki maailmassa lähivuosina tuotettu teräs on saatettu kiinteään muotoon jatkuvavalua hyödyntäen. Jatkuvavaluprosessissa teräksen pintaan muodostuu hilseeksi kutsuttu oksidikerros, joka vaikuttaa teräksen pinnan laatuun.

Tämän laskennallisen työn tavoitteina on tutustua IDS-laskentaohjelmiston hilsemoduuliin sekä laskettujen tulosten pohjalta tutkia hapen osapaineen, kuparin pitoisuuden ja teräksen jäähtymisnopeuden vaikutusta teräksen jatkuvavalussa muodostuvan hilseen määrään ja koostumukseen. Lisäksi työssä vertaillaan saatuja tuloksia kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin.

Työssä selvisi, että teräksen jäähtymisnopeudella ja hapen osapaineella on merkittävä vaikutus muodostuvan hilseen määrään, johon kuparin pitoisuudella ei ollut merkittävää osuutta. Kaikki parametrien muutokset kuitenkin vaikuttivat hilseen koostumukseen. Kirjallisuudesta löytyneet tulokset tukivat myös hyvin näitä päätelmiä.

One of the most notable trends in today’s steel manufacturing is carbon neutrality. The aim is to achieve carbon-neutral steel manufacturing by increasing the share of recycled steel and steel produced by other electro melting methods. Nobler substances like copper are not oxidized and stay in the molten steel produced via those production methods. Almost all steel produced in recent years has been cast by continuous casting process. In continuous casting oxide layers are formed on top of the cast strip which are called oxide scales.

The goal of this computational thesis is to explore IDS calculation software’s oxide scale module and inspect the effects of Cu concentration, partial pressure of oxygen and steel cooling rate on the amount and composition of oxide scales formed in the continuous casting process based on the calculated results. In addition, the calculated results are compared to other results presented in the literature.

In this thesis it was concluded that the steel cooling rate and partial pressure of oxygen took a significant role in the amount of oxide scales formed. It was also noted that the Cu concentration in the steel was not a significant factor in the formation of oxide scales. However, all parameters influenced the composition of the oxide scales. The results presented in the literature also supported these findings.