Sürekli döküm yöntemi ile çelik üretimine ait proses optimizasyonu
Process optimization of steel production by continuous casting method
Yazar: MUSA MERT ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÇULHA
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Sürekli döküm yöntemi = Continuous casting method ; Çelik döküm = steel casting

Özet:
Bu çalışma kapsamında çelik üretim teknolojilerinin ve kaliteli çelik üretiminin gerçekleşmesi için sürekli döküm prosesinin soğutma şartlarının optimizasyonu sağlanmıştır. Günümüz teknolojisinde ürünlerin gerçek üretim şartlarına başlamadan önce simüle üretimler gerçekleştirilerek prosesin kararlılığı ile oluşabilecek problemler için öngörü elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda öncelikli olarak sürekli döküm prosesinde soğutma şartlarının matematiksel modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu modelleme ile prosesin soğutma katsayıları belirli sınır şartlar kabul edilerek elde edilmiştir. Bu katsayıların belirlenmesinde çelik içi alaşım elementlerinin etkisi, döküm sıcaklığı, döküm hızı, kalıp boyu,  kalıp tozu ve osilasyon parametrelerinin ısı transferine olan etkilerinden bahsedilmiştir.
Bu yapılan çalışma kapsamında JMatPro yazılımı kullanılarak S235JR çelik kalitesine ait olan malzemenin ısı transfer katsayıları, soğuma şartları, entalpi, entropi, gibbs serbest enerji, sıcaklığa bağlı çekme ve akma dayanımı gibi malzeme dataları elde edilmiş olup grafiksel olarak gösterilmiştir. Elde edilen bu verilerin sürekli döküm simülasyonu için kullanılan TherCast yazılımına aktarılması ile birlikte dökümde kullanılan S235JR kalitesinin spesifik verileri kullanılmıştır. TherCast yazılımı ile türbülanslı akış ile sıvı metalin davranışının tespiti, akış boyunca faz değişiklerinin tespit edilmesi, sprey soğutma modellerinin değiştirilmesi, kalıp içi farklı ısı transfer modellerinin kullanılması ve sürekli döküm makinesi parametrelerinin belirlenmesi konularında alt yapısında bulunan matematiksel modelleme formülleri ile çözüm sunmaktadır. Simülasyonda yapılan çalışmada belirlenen döküm sıcaklığı ve döküm parametrelerine bağlı olarak kalıp içi ısı transfer optimizasyonu yapılmıştır. Bu optimizasyon işlemi sürekli döküm makinesi üreticilerinin belirlemiş olduğu döküm sıcaklığı ve döküm hızına göre elde etmiş olduğu kabuk kalınlığının simülasyon ortamında doğrulaması yapılarak karşılaştırılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar eşitlenmiş olup, belirlenen ısı transfer katsayıları ile farklı döküm hızı ve sıcaklık denemeleri yapılmıştır.

Abstract:
In this study, the cooling conditions of the continuous casting process were optimized for the realization of steel production technologies and quality steel production. In today's technology, it is aimed to obtain predictions for the problems that may occur with the stability of the process by performing simulated productions before starting the actual production conditions of the products. In this context, firstly, mathematical modeling of cooling conditions in continuous casting process has been realized. With this modeling, the cooling coefficients of the process were obtained by accepting certain boundary conditions. In the determination of these coefficients, the effect of steel alloy elements, casting temperature, casting speed, mold length, mold powder and oscillation parameters on heat transfer were mentioned.
Within the scope of this study, heat transfer coefficients, cooling conditions, enthalpy, entropy, gibbs free energy, temperature dependent tensile and yield strength of the material belonging to S235JR steel quality were obtained by using JMatPro software. These data were transferred to TherCast software which is used for continuous casting simulation and specific data of S235JR quality used in casting were used. TherCast software provides solution with turbulent flow, determination of liquid metal behavior, determination of phase changes along flow, changing spray cooling models, using different heat transfer models in mold and determination of continuous casting machine parameters. In the simulation study, in-mold heat transfer optimization was performed depending on the casting temperature and casting parameters. This optimization process was compared with the casting temperature and casting speed determined by the continuous casting machine manufacturers and the shell thickness obtained was verified in the simulation environment. As a result of the study, the results obtained were equalized and different casting speed and temperature tests were performed with determined heat transfer coefficients.