Original title: Vývoj nových přístupů v odstraňování okují při kontinuální výrobě oceli s využitím vysokotlakého vodního paprsku
Translated title: Development of New Approaches in Descaling in the Continuous Production of Steel using High-Pressure Water Jet
Authors: Votavová, Helena ; Hloch,, Sergej (referee) ; Čecho, Ladislav (referee) ; Pohanka, Michal (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2019
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Práce shrnuje základní a aktuální poznatky v oblasti odstraňování okují při kontinuální výrobě oceli za tepla s využitím vysokotlakého vodního paprsku a navrhuje další zefektivnění tohoto procesu v průmyslové výrobě. První část práce se zabývá vznikem, strukturou a fyzikálními vlastnostmi okují. Druhá část popisuje samotné principy odstraňování okují s využitím vysokotlakého vodního paprsku. Třetí část se věnuje popisu konkrétních typů experimentů, sloužících ke studiu vysokotlakého vodního paprsku. Čtvrtá část se věnuje popisu provedených experimentů a jejich vyhodnocení a představuje tak těžiště dizertační práce. Je rozdělena na šest sekcí, které samostatně řeší předem definované cíle dizertační práce. První sekce praktické části se zaměřuje na vývoj výšky a struktury okují u ocelí 54SiCr6 a HDT580X. Bylo prokázáno, že výška vytvářených okují roste s časem a teplotou oxidace. Zároveň byla ověřena vrstevnatá povaha vytvářených okují. Druhá sekce zkoumá vliv změny stabilizátoru trysky na fokusaci a rozložení impaktního tlaku trysky. Bylo prokázáno, že lze dosáhnout zvýšení průměrného maximálního tlaku trysky až o 11 %, v závislosti na typu trysky a délce stabilizátoru. Třetí sekce se zabývá analýzou stínografických fotografií struktur vodních paprsků u odkujovacích trysek. V rámci dizertační práce byl vyvinut skript pro analýzu těchto fotografií pomocí adaptivního prahování. Zjištěné poznatky jsou korelovány pomocí regresní analýzy s průměrným součinitelem přestupu tepla. U většiny navržených standardních konfigurací trysek dochází ve výšce válcovaného povrchu k rozpadu vodního proudu na drobné kapky. Čtvrtá sekce se věnuje oblasti překryvu vodních paprsků, především pak oblasti tzv. washoutu, kde je impaktní tlak jedné trysky redukován proudem trysky druhé. Je zkoumán vliv změny tlaku a vzájemného přesazení odkujovacích trysek. Analýza prokázala, že změna tlaku nemá statisticky vliv na procentuální redukci impaktního tlaku v oblasti washoutu. Bylo prokázáno, že pokud je oblast washoutu široká, může docházet ke snížení efektivity odstraňování okují v této oblasti. Pátá sekce navazuje na sekci předchozí a zaměřuje se přímo na oblasti překryvu vodních paprsků. Je zkoumán vliv změny natočení a rozteče páru odkujovacích trysek. Experimenty ukázaly, že malé změny rozteče trysek nemají významný vliv na impaktní tlak a součinitel přestupu tepla. Vliv natočení trysek naopak představoval významný faktor pro efektivitu a homogenitu odkujení povrchu. Poslední sekce se zabývá vlivem rychlosti válcovací tratě na součinitel přestupu tepla při procesu odstraňování okují. S využitím regresního modelu bylo prokázáno, že s vyšší rychlostí válcování dochází ke snížení průměrného součinitele přestupu tepla. Závěr práce shrnuje konkrétní výsledky dizertační práce a jsou navrženy kroky, kterými lze v průmyslu zefektivnit proces odstraňování okují. The thesis summarizes general and up-to-date knowledge of descaling during the continuous production of the hot-rolled steel and proposes further streamlining of this process in industrial production. The first chapter of the thesis deals with the origin, structure and physical properties of the scales. The second chapter describes the principles of descaling by using a high pressure flat water jet. The third chapter introduces the principles of the experimental methods and describes the used laboratory equipment. The fourth chapter summarizes the description of the particular experiments and their evaluation, and thus represents the focus of the dissertation. It is divided into six sections which independently solve predefined objectives of the dissertation. The first section focuses on the height and structure development of the scales on 54SiCr6 and HDT580X steels. It has been proven that the height of the formed scales increases with the time and temperature of the oxidation. The layered nature of the scales was verified at the same time. The second section examines the effect of the nozzle stabilizer on the focussing and distribution of the impact pressure of the nozzle. Experiments have shown that increase of 11 % of an average maximum nozzle pressure can be achieved, depending on the type of nozzle and the length of the stabilizer. The third section deals with the analysis of shadowgraphy images of water jet structures of the nozzles. A script was developed for analysis of these shadowgraphy photos by an adaptive thresholding. The findings are correlated using a regression analysis with an average heat transfer coefficient. It has been reported that most of the standard nozzle configurations produced disintegrated stream of little droplets at the height of the rolled surface. The fourth section focuses on the area of water jet overlap, especially the area of the so-called washout, where the impact pressure of one nozzle is reduced by the nozzle stream of the other. The influence of the pressure change and the mutual displacement of the nozzles is investigated. The analysis showed that the change of pressure did not have any effect on the percentage of reduction of the impact pressure in the area of the washout. It has been shown that if the area of the washout is wide the descaling efficiency in this area may be reduced. The fifth section builds on the previous section and focuses directly on the areas of waterjet overlaps. The influence of the change of rotation and pitch of the nozzles is studied. Experiments have shown that small changes in nozzle pitch do not have a significant impact on impact pressure and heat transfer coefficient. The effect of nozzle rotation, on the other hand, was a significant factor for the efficiency and homogeneity of the descaling of the surface. The last section deals with the effect of the rolling speed on the heat transfer coefficient in the descaling process. The regression model has shown that with a higher rolling speed there is a reduction in the average heat transfer coefficient. Conclusion summarizes the results of the dissertation and proposes which findings can be used in the industry to make the descaling process more effective.
Keywords: erosion; heat transfer coefficient; high-pressure nozzles; hot rolling; hydraulic descaling; impact pressure; scales; shadowgraphy; surface quality; eroze; hydraulické odstraňování okují; impaktní tlak; kvalita povrchu; okuje; součinitel přestupu tepla; stínografie; vysokotlaké trysky; válcování za tepla

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/176157

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-401607


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses