Sürekli dökümde katılaşma ve soğutmanın incelenmesi
The analysis of solidification and cooling in continous casting
Yazar: GÜNEY ATALAY
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SÖNMEZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Çelik slabın sürekli dökümünde ve alüminyumun alaşımlarının ingot DC dökümünde, katılaşmanın başlangıç seviyelerinden itibaren kalıbı soğutmak amacıyla su kullanılır. Kalıbın aşağı seviyelerinde ise metalin katılaşma yüzeyine su püskürtülmesi ile soğutma sağlanır. Su ile soğutma katılaşan kabuğun oluşmasını ve ısı kaçışını kontrol ettiği için ürün kalitesini direk olarak etkilemektedir. Bu olayda katılaşan malzeme içerisinde gerilim ve gerinimlerin oluşmasına neden olur. Bu inceleme su ile soğutma sürecindeki en son çalışmaları göz önüne koymaktadır ve her iki döküm yöntemindeki farklılıkları ve benzerliklerine ışık tutmaktadır.İkincil soğutma bölgesindeki ısı kaçış katsayısı, su kaynama eğrilerinden de görüldüğü gibi ingot yüzeyindeki sıcaklığa bağlıdır. Isı kaçışı zamanla slab ve ingot yüzey sıcaklığı değiştikçe önemli ölçüde değişmektedir. Katılaşan çelik içinde sıcaklık değişimindeki ani dalgalanmalar özellikle ön yüzeyde çatlamalara veya sıcak yırtılmalara neden olan ısıl gerilmelere yol açar. Çeliğin su püskürtme ile soğutulmasının ve alüminyumun CO2 enjeksiyonu ve suyun çarpması ile soğutulmasının sıkı kontrolü metal yüzey sıcaklığının ani değişimini engellemektedir.Bütün süreçlerin ana amacı, gizli ve hissedilen ısının iç desteği ile metal yüzey sıcaklığını kontrolümüz dahilinde belirli bir ivme ile azaltarak, soğutma işlemi son bulana kadar yüzeyden ısı kaçış hızını sabitlemektir.

Abstract:
In both continuous casting of steel slabs and direct chill (DC) casting of aluminum alloy ingots, water is used to cool the mold in the initial stages of solidification, and then below the mold, where it is in direct contact with the newly solidified surface of the metal. Water cooling affects the product quality by (1) controlling the heat removal rate that creates and cools the solid shell and (2) generating thermal stresses and strains inside the solidified metal. This work reviews the current state of- the-art in water cooling for both processes, and draws insights by comparing and contrasting the different practices used in each process.The heat extraction coefficient during secondary cooling depends greatly on the surface temperature of the ingot, as represented by boiling water-cooling curves. Thus, the heat extraction rate varies dramatically with time, as the slab/ingot surface temperature changes. Sudden fluctuations in the temperature gradients within the solidifying metal cause thermal stresses, which often lead to cracks, especially near the solidification front, where even small tensile stresses can form hot tears. Hence, a tight control of spray cooling for steel, and practices such as CO2 injection/pulse water cooling for aluminum, are now used to avoid sudden changes in the strand surface temperature.The goal in each process is to match the rate of heat removal at the surface with the internal supply of latent and sensible heat, in order to lower the metal surface temperature monotonically, until cooling is complete.