ISD DUNAFERR MÛSZAKI GAZDASÁGI KÖZLEMÉNYEK

Átírás

1 XLVIII. évfolyam 1. szám (149.) Kézirat lezárva: március TARTALOM ISD DUNAFERR MÛSZAKI GAZDASÁGI KÖZLEMÉNYEK A szerkesztõbizottság elnöke: Valerij Naumenko A szerkesztõbizottság tagjai: Bocz András Kozma Gyula László Ferenc Lukács Péter Mészáros Géza Nyikes Csaba Orova István Szepesi Attila Dr. Zsámbók Dénes Cold rolling Mill Developments Varga Ottó Hideghengermûi fejlesztések Felde Imre, Borsi Attila, Kovács Zsolt, Meizl Péter, Réti Tamás A Hõkezelési Döntéstámogató Rendszer bevezetése az ISD Dunaferrnél 11 Introduction of Heat Treatment Decision Support System at ISD Dunaferr Farkas Péter, Sebõ Sándor, Illés Péter, Hujber Zoltán A HSMM szoftver alkalmazásának lehetõségei az ISD Dunaferr meleghengermûvében Application possibilities of the HSMM software at ISD Dunaferr hot rolling mill 3 17 Fõszerkesztõ: Dr. Szücs László Felelõs szerkesztõk: Jakab Sándor Várkonyi Zsolt Olvasószerkesztõ: Dr. Szabó Zoltán Technikai szerkesztõ: Kõvári László Grafikai szerkesztõ: Késmárky Péter Rovatvezetõk: Hevesiné Kõvári Éva Szente Tünde Fülöp József Szabó Gyula Kapros Tibor Karbontartalmú energiahordozók CO 2 -kibocsátás-mentes erõmûi felhasználása I. CO 2 Emission-free Utilization of Carbon-bearing Energy Carriers at Power Plants Part 1 Cseh Ferenc, Móger Róbert, Tóth László A diókoksz-adagolás feltételrendszerének kidolgozása és megvalósítása az ISD Dunaferr Zrt. nagyolvasztómûnél Development and Realization of Condition System for Egg Coke Charging at ISD Dunaferr Blast Furnace Plant ÖKO-FERR Kht is Five Years Old Mányi István Ötéves az ÖKO-FERR Kht. Szebényi Zoltán A tudásmenedzsment alkalmazása és informatikai támogatása a vállalatnál Application and IT Support of Knowledge Management at Dunaferr Kardos Ibolya, Verõ Balázs Acélok primér szövetének kimutatására szolgáló metallográfiai módszerek szisztematikus vizsgálata Systematic examination of metallographical methods for detection of primer steel texture Szente Tünde Nyikes Csaba, a év menedzsere 46

2 ISD DUNAFERR MÛSZAKI GAZDASÁGI KÖZLEMÉNYEK Az ISD Dunaferr Dunai Vasmû Zártkörûen Mûködõ Részvénytársaság megbízásából kiadja a Dunaferr Alkotói Alapítány Felelõs kiadó: Lukács Péter, az alapítvány elnöke Nyomdai elõkészítés: P. Mester Anikó HU ISSN: Nyomtatás: Innova-Print Kft. Felelõs vezetõ: Komornik Ferenc 2008

3 Varga Ottó * Hideghengermûi fejlesztések A Dunaferr új tulajdonosa a privatizációs szerzõdés értelmében jelentõs beruházásokat indított a technológiai folyamatokban. Ezek a beruházások érintik a meleghengermûvet és a hideghengermûvet is. A hideghengermû területén ez igen jelentõs változásokat jelent. Elsõsorban a kapacitások növelése, ezen keresztül a gyártandó termékek minõségének emelése és a feldolgozottsági fok növelése a cél. The new owner of Dunaferr in pursuance of privatization contract began significant investments in the technological processes. These investments affect both the hot rolling mill and the cold rolling mill. In the area of cold rolling mill this means very important changes. The aim first of all is to increase the capacities and through this to raise quality of products to be produced as well as to increase the degree of processing. I. A fejlesztések fõ gerince A fejlesztési folyamat fõ gerince az új termelõberendezések megépítése a meglévõ infrastruktúra felhasználásával és fejlesztésével. A fõ egységek: 1. Egy új sósavas pácolósor, melynek végsõ kapacitása 1,9 millió tonna/év. A jelenlegi kivitelezés 1,6 millió tonna/év eléréséig terjed megfelelõ termékösszetétel mellett. (Építése folyamatban.) 2. A pácolósorhoz szükséges savregeneráló üzem szintén bõvíthetõ kapacitással. (Építése folyamatban.) 3. Új 1700-as reverzáló kvartó hideghengerállvány 450 ezer tonna/év kapacitással. (Építése folyamatban.) 4. Új tûzi horganyzó sor a keletkezõ többlet hengerlési kapacitás feldolgozására, 450 ezer tonna/év teljesítménnyel. (Még nem elkezdett.) 5. Termékskála bõvítésére egy 100 ezer tonna/éves teljesítménnyel bíró festõsor telepítése, melynek kapacitása szintén bõvíthetõ a késõbbi igények szerint. (Még nem elkezdett.) 6. Új melegenhengerelttekercs-szállító berendezés építése a meleg- és hideghengermû között. (Építése folyamatban.) 7. Új melegtekercs-raktár. (Építése folyamatban.) II. Az új berendezések elhelyezkedése Az új berendezések mûszaki kialakítása a meglévõ infrastruktúra felhasználásának figyelembe vételével történt, a szükséges és legoptimálisabban kialakítandó logisztikai útvonalalakhoz igazítva. Így alakult ki az a telepítési elképzelés, melyet az 1. ábrán tanulmányozhatunk. 1. ábra: A hideghengermûi új fejlesztések telepítési elképzelései * Varga Ottó projektigazgató, hideghengermû, ISD Dunaferr Zrt. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 3

4 Röviden bemutatjuk azokat a szempontokat, melyek a végleges kialakítást meghatározták: 1. Pácolói kapacitási igény meghatározta a berendezés hosszát. 2. Az új berendezés olyan helyre kerüljön, mely lehetõvé teszi a jelenlegi berendezés üzemeltetését az új beindításáig. 3. Közel legyen a meleghengermûhöz a lehetõ legrövidebb szállítási út érdekében. 4. Az új pácolósor elõtt kialakítható legyen egy nagy kapacitású melegtekercs-raktár. 5. Az új pácolósor után kialakítható legyen egy nagy kapacitású pácolttekercs-raktár. 6. Az új hengerállvány logisztikailag illeszkedjen a meglévõ rendszerbe a hideghengermûn belül. 7. A 40 éve kihasználatlanul lévõ csarnok területének felhasználása termelési feladatra az új horganyzó sor telepítésével. 8. A meglévõ termelési, logisztikai útvonalak és raktárak további felhasználása. 9. A meglévõ és a beruházások után kialakuló technológia továbbfejlesztési lehetõségének figyelembe vétele, ne építsünk be korlátokat. 10.A meglévõ termelõfolyamat fenntartása az építési idõszak alatt, elkerülni a minimális korlátozásokat is. A fenti 10 tényezõ a gerince azoknak az elemeknek, melyeket figyelembe kellett venni a hideghengermû átstrukturálásánál. Számos egyéb tényezõ van, melyeket felül kellett vizsgálni, amelyek módosításokat, kiegészítéseket generáltak. Ezek a következõk: Energiaellátások bõvítése: villamosenergia-betáplálás iparivíz-, sótlanvíz-használatok sûrítettlevegõ-használat gázhasználat gõzhasználat Mûködõ energetikai rendszerek, infrastruktúrakiváltások, megvédések az ISD Dunaferr mûködõ rendszereinek minimális zavarásával. Megváltozott termelési jellemzõk követelményeinek figyelembe vétele. Megnövelt melegtekercssúly, megnövelt pácolttekercssúly logisztikai és infrastrukturális következményei. Új, kiegészítõ berendezések vásárlása, telepítése: daruk, hengerköszörû-gép, tekercsszállító kocsi, tekercsbuktató, tekercsforgók, tekercstárolók, raktárkezelõ rendszer, csévélõdobok átmérõjének növelése stb. III. A berendezésekrõl részletesen 1. CPL (Continuous Pickling Line) folyamatos pácolósor (1. kép) Ez a berendezés a legkorszerûbb technológiát és technikát képviseli a világban. Egy egyszerû összehasonlítás a jelenleg mûködõvel a fenti állítást nem igazán emeli ki, ezért részletesen elemezném az okokat, a tényeket, melyek igazolják ezt. Azzal, hogy a folyamatos pácolási folyamatot fent kell tudni tartani, ez nem számít újdonságnak. Az er- 1. kép: Az új sósavas pácolósor 1. lecsévélõ; 2. egyengetõ; 3. végvágó berendezés; 4. lézeres hegesztõgép; 5. S-görgõk; 6. bemenõ oldali huroktároló; 7. húzvaegyengetõ; 8. pácoló kádak; 9. öblítõ kádak; 10. szárító; 11. kimenõ oldali huroktároló; 12. szélezõ berendezés; 13. olajozó berendezés; 14. S-görgõk; 15. felcsévélõ 2. ábra: A pácolósor elrendezése és technológiai folyamata 4 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

5 re kialakított technológia kiforrott, mindenütt alkalmazták az eljárást. A 2. ábrán elvi vázlatát láthatjuk egy folytatólagos pácolási technológiának. A következõkben kiemeljük azokat a fontosabb elemeket, melyek a csúcstechnológiák közé emelik a berendezést. Lézeres hegesztõgép, a szalag végtelenítésére. Húzvaegyengetõ revetörõ, keresztíveltség-csökkentõ (anti cross brow) görgõvel, száraz technológiával. Gõz használata a szalag elõmelegítésére. Alacsony építésû, mûanyag, injektált ellenáramú pácolói kádak. (Kádak között nincs folyadékkeveredési lehetõség, a savas rendszer teljesen elválasztott, így pontosan szabályozhatók). Automatikus savkoncentráció-szabályzás, sûrûségmérés. Tejesen zárt vegyi rendszer a vizes öblítõ- és szárítórendszerrel együtt, nincs környezetbe kiáramló káros anyag. A kiváló pácolt felület megóvására háromféle felületvédõ olaj használatának lehetõsége elektrosztatikus felviteli technológiával. A vevõi igények figyelembe vétele. Magas szintû, teljes automatizáció, Siemens-rendszerek használata. A sósavas pácoló legfontosabb mûszaki jellemzõit az 1. táblázatban tüntettük fel. 2. Savregeneráló berendezés (2. kép) 2. kép: A savregeneráló berendezés épülete A sósavas pácolós technológiájának a fejlesztésében ma már eljutottak arra a szintre, hogy a felhasznált sósav 99%-át vissza tudják nyerni, és a folyamatba visszajuttatni. A legelterjettebb megoldás ma a vasklorid termikus bontása, melybõl kétféle technológia létezik: Az egyik a porlasztásos eljárás (spray roaster) technológiája, melynek mellékterméke por alakjában visszanyert vasoxid. Az intenzív vörös színe miatt egy része elhelyezhetõ a festékipar alapanyagaként. A másik, a mi általunk is alkalmazott technológia a fluid-ágyas megoldás, melynek terméke a sósav mellett vasoxid granulátum. Ez környezetkímélõbb, és hatékonyabban felhasználható a késõbbiekben. Amennyiben 1. táblázat: A berendezések technológiai jellemzõinek összehasonlítása Jellemzõk Régi (kénsavas) Új (sósavas) Kapacitás [e to/ év] (1900) Bemenõtekercs-adatok max. tömeg (t) szélesség (mm) vastagság (mm) 1,5 4,5 1,0 6,0 (6,5) belsõ (mm) max. külsõ (mm) acélminõség (EN 10051) Lágy, mikroötvözött, Lágy, mikroötvözött, Si max. 2,5 Si max. 2,5 Kimenõtekercs-adatok max. tömeg (t) szélesség (mm) belsõ (mm) (700) külsõ (mm) Sav H 2 SO 4 HCl 25% 18% ºC ºC Fajlagos savfelhasználás (kg/t) 10 0,2 Pácolási sebesség (m/sec) max. 90 max. (210) Regenerálás Vákumos kristályosító Termikus bontás ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 5

6 1. leválasztó reaktor; 2. ciklon; 3. venturi mosó; 4. leválasztó tartály; 5. abszorber; 6. mosóegység; 7. elszívó ventillátor; 8. kémény; 9. cseppleválasztó; 10. fúvógép 3. ábra: A sósavas fluid-ágyas regenerálás folyamatai piaci értékesítésre nincs lehetõség (elektronikai ipar), akkor a nyersvasgyártási folyamatba visszaforgatható, hasznosítható. A technológiai folyamat elvi vázlatát a 3. ábrán tekinthetjük meg. A termikus bontás lényege, hogy a folyékony fáradt savat, mely vaskloriddal telített, be kell juttatni egy magas hõmérsékletû oxidáló közegbe, ahol az alábbi kémiai reakciók zajlanak le: 4FeCl 2 + 4H 2 O + O 2 = 8HCl + 2 Fe 2 O 3 2FeCl 3 + 3H 2 O = 6HCl + Fe 2 O 3 A bomlási folyamat a reaktorban játszódik le, melyben a vasoxid-granulátum fluid-ágyként lebeg. Ezt az állapotot nagymennyiségû levegõ fenéken keresztüli bejuttatásával érjük el, a hõmérsékletet szintén a reaktorfenéken szabályos elrendezésû speciális földgázégõkkel biztosítjuk. A folyamat ºC között zajlik le. A hatékonyság érdekében a hõmérsékletet kb. 800 ºC körül kell tartani. A vasklorid bejuttatása ebbe a magas hõmérsékletû lebegõ vasoxid közegben történik speciális injektáló lándzsákkal az oldalfalakon keresztül. A folyamat során keletkezõ izzó vasoxidot folyamatosan elvezetjük, lehûtjük, és tároló bunkerbe juttatjuk. A HCl gázt többlépcsõs adiabatikus abszorpciós folyamattal folyékony sósavvá alakítjuk, majd visszakerül a pácolási folyamatba. A folyamatot, az áramlási egyensúlyokat teljesen automatizált folyamatirányító rendszer biztosítja. A berendezést méreteibõl adódóan egy új épületben kellett elhelyezni, melyet a két hengermûcsarnok között helyeztünk el. Az objektumhoz tartozik egy megfelelõ méretû tartálypark, mely a friss, a fáradt, a regenerált savakat fogadja, illetve minden mosóvíz, csurgalékvíz itt kerül begyûjtésre és felhasználásra a regenerálói folyamatban. A 4. ábra a pontos telepítést mutatja méretarányosan. Méreteit tekintve ez a legmagasabb építmény a beruházás jelenlegi szakaszában, 36 m magas az épület, a kémény magassága 50 m as reverzáló hideghengerállvány (3. kép) 3. kép: Az új hengerállvány Alapfelépítése hasonló a jelenleg üzemben levõ hengerállványokéhoz. A fõbb eltéréseket a 2. táblázatban összesítettük. Mindenképpen ki kell emelni néhány olyan mûszaki jellemzõt, mely az általánosan alkalmazott telepítésektõl megkülönbözteti. A legfontosabb a max. 50 tonnás alkalmazható tekercssúly. Ez alapvetõen a gazdaságosabb üzemeltetés egyik feltétele. A megnövelt tekercssúly lehetõvé teszi a hengerlési sebesség növelését. A mai korszerû hideghengersorok 6 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

7 1. kémény; 2. venturi mosó; 3. ülepítõ; 4. tartály; 5. leválasztó; 6. szeparátor; 7. tehergépkocsi; 8. oxidbunker; 9. leválasztó reaktor; 10. ciklon 4. ábra: A sósavas regeneráló üzem és tartálypark felépítése 2. táblázat A berendezések technológiai jellemzõinek összehasonlítása Régi Új Kapacitás telepítés 1 db 1200 mm reverzáló, 1 db 1700 mm reverzáló, kvartó kvartó 1 db 1700 mm reverzáló, kvartó Inputtekercs-adatok max. tömeg (t) szélesség (mm) 800 (750)-1520 (1100) bemenõ vastagság 2,0 (1,5)-4,5 (4,0) 1,0-6,0 (mm) kilépõ vastagság 0,5 (0,3)-2,5 (2) 0,3-3,0 (mm) belsõ (mm) külsõ (mm) hengerlési sebesség max. (m/min) akár folytatólagos, vagy reverzáló kivitelezésûek, 1200 m/perc maximális hengerlési sebességet tudnak. A hengerállvány rendelkezik egy újszerû technológiával, a közvetlen kenõanyag-felvitel (direkt applikáció) nevezetû eljárással. Ez egy megnövelt olajtartalmú emulzió felvitelét jelenti a szalag felületére az utolsó szúrás közben. Célja, hogy a súrlódási tényezõ jelentõs csökkentésével nagyobb fogyást lehessen elérni, így 0,3 mm vastagság is elérhetõ a széles tartományban. A jelenleg mûködõ hengerállványaink ma erre nem képesek. Szándékosan tettem idézõjelbe az újszerû jelzõt, mivel a technológia már alkalmazott volt évtizedekkel ezelõtt is, itt a mi hideghengermûvünkben. Az 1200-as reverzáló hengerállványon ezzel a módszerrel hengereltünk 0,22 0,36 mm vastag lemezeket az ónozott lemezgyártáshoz akkoriban. A módszer hasonló volt, de nem emulziót vittünk fel, hanem folyékony állapotú növényi zsiradékot. Késõbb használtunk direkt applikációt a Dy szalagok hengerléséhez is, de annak célja más volt. Visszatérve az új berendezéshez, a folyamat biztosításához a hagyományos rendszertõl elkülönített, egy kisebb kapacitású, elhatárolt rendszerre van szükség, külön szabályozással. Szükséges megemlíteni még a komplex síkkifekvésszabályzás lehetõségét, mely az alapokon kívül (hengerek domborítása, hengerlési fogyáselosztás, hengerlési sebesség) a hengerhajlítás negatív és pozitív rendszerével, és az emulziós kollektorok fúvókánkénti szabályzásával, a kétoldali síkkifekvést mérõ görgõk (ABB típus) visszacsatolásával érhetjük el. A hengerhajlítás hatékonyságát növeli, hogy a munkahengerek palásthossza 50 mm-el hosszabb a támhengereknél. (lásd az elõzõ 2. táblázatot), illetve a csapágytõkék és a hengerlési palást között mindkét oldalon egy 280 mm hosszú nyakrész található. (Erõkar hossznövelés.) A hengerállvány telepítése a következõ ábra (5. ábra) szerint illeszkedik a logisztikai követelményekhez. A B-C hajó 1-15-ös oszlopközben keresztirányban van elhelyezve. Kihasználva minden centiméterét a meglévõ helynek. Amit ki kell emelni, hogy minden tekercsszállító útvonalon a csévélõk elõtt 6-6 db tekercs fogadására és tárolására van lehetõség. Ennek oka, hogy a daruzási kapacitás, illetve a hengerállvány mûködése ne kötõdjön szorosan egymáshoz. A meglévõ hengerállványaink esetében ez nem jellemzõ. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 7

8 5. ábra: Az új hengerállvány telepítése 6. ábra: A hengerállvány szerkezeti felépítése 8 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

9 Az új hengerállvány jelentõsebb funkcionális egységeit a 6. ábra mutatja. Szót kell ejteni a vastagságmérés technológiájáról is. Az új reverzáló hengerállvány röntgensugaras Mesacon típusú vastagságmérõt használ. Ez a megoldás pontosabb és biztonságosabb, mint a meglévõ berendezéseken lévõ izotópos rendszerek. Hasonló, szintén Mesacon szállítású röntgenes vastagságmérõ berendezés már mûködik a meleghengermû szalagsorában. Ki kell emelni, hogy a berendezés kapacitása és technológiai paraméterei szorosan illeszkednek a következõ beruházási lépcsõben megvalósuló tûzihorganyzó sorhoz, melynek sarokparamétereit meg is határozza. 4. Melegtekercs raktár kialakítása az új pácolósorhoz (4. kép) 1. max mm széles tekercsek, 2. max mm széles tekercsek, 3. max mm széles tekercsek. 7. ábra: Tekercsek elrendezése a tekercsraktárban 5. kép: A tekercsszállító berendezés részlete 4. kép: A raktár épülete Az új pácolósor telepítésének helyét a régi berendezés alapanyagraktárában kellett kijelölni, a bevezetõben említett szempontok miatt. Ez a megoldás egy új alapanyagraktár kialakítását igényli. Mint ahogy az általános elrendezési rajzon látható, ez a két hengermû csarnokának a végén, a kettõ között került elhelyezésre. A tekercsraktár fõbb jellemzõi: Befoglaló méret: m. 2 hajó acélszerkezeti kialakítással. 2 x 2 db 40/10 tonnás 35,25 m hosszú futódaru. 50 t/m 2 padló teherbírás. ~30 ezer tonna befogadó kapacitással, átlag 25 t/tekercssúllyal (max. tek. súly 32 tonna). SILOC raktárkezelõ-rendszer, mely minden tekercsbeés kitárolási-mûveletet figyelemmel kísér. A beraktározott tekercsek raktáron belüli pozícióját nyilvántartja. Vasúti rakodóhely, amennyiben vasúti be- és kiszállítási igény jelenik meg. A melegtekercs-raktár elrendezését a 7. ábrán mutatjuk be. A raktárban tekercslerakó-helyeken három sorban lehet, maximum 32 tonnás tekercset tárolni. A három sorban, összesen 1281 db tekercs helyezhetõ el. 5. Melegtekercs-szállítás kialakítása a meleghengermû és az új raktár között (5. kép) Az elsõ és legfontosabb feltétel, hogy az új rendszernek meg kell felelnie majd az átépített, 3 millió tonna kapacitású meleghengermûi kapacitás igényének. Ez röviden azt jelenti, hogy a maximális teljesítménnyel hengerlõ szalagsor csévélõjébõl kikerülõ tekercseket folyamatosan el kell tudni szállítani, nem torlódhatnak fel a szállítórendszeren. A másik fontos feltétel, hogy a fogadóraktárban biztosítani kell a darukapacitást a tekercsek leszedéséhez a szállítóberendezésrõl. A fenti két sarokfeltétel határozta meg a szükséges mûszaki paramétereket, és a berendezés telepítési szerkezetét. A szállítórendszer különbözõen kialakított gépészeti modulokból építkezik: tekercsbuktató, léptetõ gerenda, szállítókocsi, szállítógerenda emelõállomásokkal, lerakó állomások. A fenti elemeket az ISD Dunaferr sajátosságai miatt ki kell egészíteni egy tekercsbuktató szerkezettel, hogy az új raktározásban a tekercsek vízszintesen legyenek elhelyezhetõek, a sérüléseket elkerülendõ módon. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 9

10 V. A jelen állapot summázata 1. fordítókereszt (meglévõ); 2. tekercsbuktató; 3. tekercsszállító kocsi; 4. léptetõ gerenda; 5. szállító gerenda; 6. tekercslerakó állomás 8. ábra: Tekercsátadás, tekercsszállítás, tekercsraktározás elrendezése A meleghengermûbõl átadott tekercsek szállítási nyomvonalát, valamint a tekercstároló kapcsolatát mutatja a 8. ábra. A szállítóberendezés mûködtetése szabályozott hidraulikus elemekkel, és szabályozott elektromechanikus hajtásokkal van kialakítva. A rendszer teljesen automatikus, megfelelõ felügyeleti rendszerrel kialakítva. IV. Informatikai kapcsolódások Összefoglalva: a hideghengermû technológiai arculatának változása elkezdõdött. A fejlesztések elsõ ütemében az alábbi célkitûzéseket sikerül teljesíteni: A kapacitás és termelés növelését a pácolás és a hideghengerlés területén. Pácolásnál a jelenlegi kt/év kapacitást kt/év mennyiségre kívánjuk növelni úgy, hogy a régi kénsavas pácolás helyett sósavas pácolási technológiát vezetünk be. Hengerlésnél a meglévõ két hengerállvány (1200-as és 1700-as irányváltó) 450 kt/év kapacitását egy újonnan beépítendõ 1700-as irányváltó hengerállvány 450 kt/év kapacitásával kívánjuk növelni. A termékek minõségének javítását mind a pácolás, mind a hengerlés területén. A legjobb technikának való megfelelést (BAT) minden fejlesztésben érintett területen. A folyamatosan szigorodó környezetvédelmi jogszabályoknak való megfelelést (IPPC). Az elõzõekben ismertetett folyamat 5 jelentõs technológiai változással még nem fejezõdik be, tovább kell lépni az így nyert kapacitások végsõ kihasználása felé. Olyan területen kell a további fejlesztéseket elvégezni, ahol értékesebb termék kibocsátására lesz lehetõségünk. Ez a terület egyértelmûen a hidegen hengerelt bevonatos termékek piacát jelenti. Mindenképpen szót kell ejteni az új berendezések információs technológiájának az ISD Dunaferr rendszerébe való illesztésérõl. Minden új berendezés L1-es és L2-es szintû automatizációs rendszerrel rendelkezik. Meg kell valósítanunk viszont, hogy a kettes szintek az ISD Dunaferren belül mûködõ termelésirányító rendszerekkel (a hideghengermûnél jelenleg mûködõ PPS rendszerrel) kommunikáljanak. A feladat végrehajtásához szükséges a hardverállomány kiépítése, illetve a meglévõ rendszerek szoftvereinek fejlesztése. Kapcsolatot kell kiépíteni a meleghengermû szalagsorának automatizációjával, annak termékkövetõ rendszerével, ehhez illeszteni kell a melegtekercsraktár raktárkezelõ rendszerét. Meg kell valósítani a PPS és az új termelõ berendezések kettes szintjének kapcsolatát is. 10 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

11 Felde Imre, Borsi Attila, Kovács Zsolt, Meizl Péter, Réti Tamás * A Hõkezelési Döntéstámogató Rendszer bevezetése az ISD Dunaferrnél Az acélok edzési technológiájának tervezésére numerikus szimulációs rendszer kifejlesztésére és bevezetésére került sor az ISD Dunaferrnél. A Hõkezelési Döntéstámogató Rendszer az edzett munkadarabok elvárt tulajdonságegyüttesének kialakításához szükséges hõkezelési paraméterek kiválasztásához nyújt segítséget. A rendszer alkalmazhatóságát egy esettanulmányon keresztül mutatjuk be. A numerical simulation system has been developed for computer aided design of steel quenching operations at ISD Dunaferr. The Heat Treatment Decision Support System provides selection of the required heat treatment parameters needed to achieve the desired properties of the hardened work pieces. The reliability of the system developed is presented by a case study. Bevezetés A szerkezeti acélok szokásos immerziós edzési hõkezelése, mint ismeretes, a munkadarab ausztenitesítésébõl, valamint ezt követõ lehûtésébõl áll, és alapvetõ célja a kívánt szilárdságú és szívósságú szövet létrehozása, lehetõség szerint a térfogat minél nagyobb hányadában. A hõkezelési folyamat kritikus részmûvelete az ausztenitesítési hõmérsékletrõl való hûtés, mely mintegy meghatározza a szövetszerkezetet és a mechanikai tulajdonságokat a munkadarab keresztmetszetében. Az alkatrészben kialakuló tulajdonságegyüttes a munkadarab sajátosságainak (alapanyaga, elõállapota, geometriája, felületi érdessége stb.), valamint a hûtõközeg hõelvonási képességének is függvénye. A technológia megfelelõ szintû ismerete, azaz a hõkezelési berendezések valós hõátadását jellemzõ paraméterek pontossága a hõkezelési mûvelet egyes szakaszai közben lejátszódó hõátadási és átalakulási folyamatok tervezhetõségéhez elengedhetetlenül fontosak. A hõkezelési eljárás tervezhetõsége és a technológia monitorozása céljából 2007-ben a Dunaferr DFK Kft. (napjainkban ISD Dunaferr Zrt., Karbantartási Igazgatóság, Gyártó Egység, Mechanika Üzem; a továbbiakban: Mechanika Üzem) és a Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet együttmûködésében került sor a Hõkezelési Döntéstámogató Rendszer kifejlesztésére és bevezetésére. Az alábbiakban a projekt keretein belül végzett teendõk közül három súlyponti elem rövid ismertetésére térünk ki, a DFK-Qsim nevû szimulációs szoftver felépítésérõl ejtünk szót, a hûtõközegek hûtõképességének elemzésére kidolgozott módszert mutatjuk be, valamint a kifejlesztett rendszer alkalmazhatóságát egy hõkezelési esettanulmány tapasztalatai alapján demonstráljuk. A DFK-Qsim szimulációs szoftver A Hõkezelési Döntéstámogató Rendszer a mechanika üzem hõkezelés mûveleteinek matematikai modellezésére 1. ábra: A DFK-Qsim szoftver felépítésének elve és a gyártási folyamat monitorozására hivatott szoftvereket, valamint a berendezések (kemencék és hûtõkádak) hõátadási paramétereinek adatbázisát foglalja magában. A DFK-Qsim elnevezésû szimulációs program a hõkezelés eredményeként az alkatrészben kialakuló szövetszerkezet és keménységeloszlás elõrejelzésére alkalmas. A szoftver magja az un. Tulajdonságbecslõ rendszer (1. ábra), melynek alapgondolata Gergely Márton és Réti Tamás nevéhez fûzõdik [1-4]. A fémtani-matematikai modellen alapuló számítási algoritmus lehetõséget nyújt az ausztenitbomlással kapcsolatos folyamatok nyomon követésére az ausztenitesítést követõ hûtés során, továbbá az átalakulások eredményeként kialakuló mikroszerkezet és mechanikai tulajdonságok eloszlásának elõrejelzésére egy alkatrész teljes keresztmetszetében. A Tulajdonságbecslõ rendszer input adatai a következõk: A munkadarab geometriai adatai. Az acélminõségek adatbázisa, mely a kémiai összetételtõl és a kiinduló mikroszerkezettõl függõ technológiai, hõtechnikai, anyagszerkezeti (kinetikai) paramétereket tartalmazza. A technológiai adatok, mint az ausztenitesítés hõmérséklete és az ausztenitesítést követõ hûtésre vonatkozó adatok (a hõátadási együttható, mint a hõmérséklet függvénye). * Dr. Felde Imre tudományos csoportvezetõ, Bay Zoltán Anyagtudományi és Technológiai Intézet, Budapest Borsi Attila üzemvezetõ, Kovács Zsolt üzemmérnök és Meizl Péter mûvezetõ, Mechanika Üzem, Gyártó Egység, Karbantartási Igazgatóság, ISD Dunaferr Zrt., Dunaújváros Prof. Réti Tamás egyetemi tanár, Anyagismereti és Jármûgyártási Tanszék, Széchenyi Egyetem, Gyõr ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 11

12 2. ábra: A DFK-Qsim szoftver fõképernyõ képe A mechanika üzemnél hõkezelt termékek döntõ hányada tengelyszimmetrikus, hengeres alkatrész. E sajátosságból következõen a szoftver a tranziens hõátadási folyamatot 1D hõátadási modell alapján számítja, így geometriai adatként csupán a hengeres test sugarát vesszük figyelembe. A számított output adatok, mint a hõmérsékletmezõ idõbeli változása, valamint a szövetelemek és keménység eloszlása a hengeres test keresztmetszetében követhetõek nyomon (2. ábra). A szoftver adatbázisa jelenleg 15 nemesíthetõ acélminõség adatait tartalmazza (C35, C45, C60, Cr2, CrV3, CMo4, 41Cr4, 42CrMo4, 34Cr4, 34CrAlNi7, 16MnCr5, 100Cr6, X40Cr13, 30CrNiMo8, 60WCrV7), emellett természetesen bármilyen minõség adatai felvihetõek. Meg kívánjuk jegyezni, hogy a felsorolásban szereplõ minõségek átalakulási-kinetikai, illetve kinetikai-mechanikai adatait a szakirodalomban fellelhetõ átlagos ötvözõ tartalom mellett vettük figyelembe. Ebbõl következõen, a szabványban rögzített középértéktõl eltérõ összetételû acélok szilárdsági tulajdonságai (pl. keménysége) eltérhetnek az elvárt, ismert értékektõl. Az edzéskor (lehûtéskor) a munkadarabban végbemenõ hõmérsékletváltozás a hõkezelõ berendezések, azaz edzõfürdõk hõátadási viszonyaitól függenek. A hõkezelési berendezések hõátadása a közeghõmérséklettõl és az alkatrész felületi hõmérsékletétõl függõ hõátadási együtthatóval, h(t) jellemezhetõ, adható meg. A hõátadási együttható az un. inverz numerikus hõátadási eljárással a szigorúan megtervezett és lefolytatott hõmérsékletmérések adatai alapján származtatható. A DFK-Qsim program az edzett alkatrészben végbemenõ lehûlési folyamat számításához h(t) függvényt használja fel. A szimulációs szoftver további sajátossága, hogy a Tulajdonságbecslõ rendszer modult más, külsõ alkalmazások számára is hozzáférhetõ. Amennyiben rendelkezésünkre áll, például egy kereskedelmi forgalomban beszerezhetõ Végeselem program (FEM), akkor az a Tulajdonságbecslõ modul függvényeit mint külsõ erõforrást fel tudja használni minden iterációs lépésben. Ebben az esetben a tetszõleges geometriájú munkadarab lehûlésénél a FEM szoftver végzi a hõmérsékletmezõ számítását, és a lehûlés egyes fázisaiban a DFK-Qsim programmal együttmûködve számítja a szövetszerkezet kialakulását. A számítási eredmények ugyancsak a Végeselem programcsomag megjelenítõ moduljával (post-processor) elemezhetõek. A hûtõközegek hõátadási képességének meghatározása A hõkezelési berendezések hõátadása a közeghõmérséklettõl és az alkatrész felületi hõmérsékletétõl függõ hõátadási együtthatóval, h(t) jellemezhetõ. A hõátadási együttható az un. inverz numerikus hõátadási eljárással a szigorúan megtervezett és lefolytatott hõmérsékletmérések adatai alapján származtatható. A mechanika üzem telephelyén üzemelõ olajos és vizes hûtõközegek hûtõképességének számszerû analízisét két lépésben végeztük el, egyrészt egy célberendezés segítségével hûlési görbéket rögzítettünk a vizsgált edzõközegben, majd a hûlési görbékbõl a hõátadási együtthatót, mint a felületi hõmérséklet függvényét számítottuk. A lehûlési görbék felvételéhez az ivf SmartQuench márkájú mérõberendezést [5] alkalmaztuk (3. ábra), melylyel hazánkban egyedülállóan a Dunaújvárosi Fõiskola 12 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

13 4. ábra: Az olajos és a vizes hûtõkádban mért lehûlési görbék áramoltatott és statikus közeg mellett 3. ábra: A hûtõközegek hûtési képességének minõsítéséhez alkalmazott ivf SmartQuench nevû mérõberendezés rendelkezik. A berendezés megfelel az ISO 9950 szabványban leírtaknak, azaz a méréshez egy nikkelbázisú ötvözetbõl készült (Inconel 600) mm méretû hengeres próbatestet használtunk, melynek a szimmetriatengelyében, a véglaptól 30 mm-re egy NiCr-NiAl típusú köpeny termoelem van. A próbatestet 850 C-ról a vizsgált folyadékokban hûtöttük le, miközben a hõmérsékletszenzor jelét a teljes lehûlési folyamat során rögzítettük. Az edzõközegek minõsítése a teljes lehûlési folyamatot reprezentáló hûlési görbe többlépcsõs feldolgozásán, elemzésén alapul. Választási döntésünket a következõ meggondolások indokolták: A próbatest anyaga olyan ötvözet (Inconel 600), melyben a C tartományban nem megy végbe látens hõképzõdéssel együtt járó átalakulás, s a lehetséges kiválások során képzõdõ hõ mennyisége elhanyagolható. A mért jel tehát valóban csak a hûtõközeg hõelvonása (és a nikkelbázisú ötvözet hõvezetése) nyomán kialakult hõmérsékletet tükrözi. A mérés körülményei jól definiáltak, kiterjednek a hûtõfolyadék pontos mennyiségére, a próbatest helyzetére, felületi érdességére, kezdeti hõmérsékletére, és a vizsgált hõmérsékleti tartományra. A berendezés által rögzített jel jól reprodukálható, az azonos körülmények mellett felvett hõmérsékletciklusok közötti különbség csekély mértékû, gyakorlatilag elhanyagolható. 5. ábra: Az olajos és a vizes hûtõkádban mért lehûlési görbék alapján származtatott hõátadási együttható függvények, h(t) A hûtõközegek hõátadásának számszerû jellemzését a rögzített hõmérsékletciklusok célszerû feldolgozásával, nevezetesen inverz hõátadási módszerrel határoztuk meg. Az inverz számításokat az ivf SQintegra szoftverrel végeztük [6, 7]. A számos mérés és elemzés közül két példán keresztül mutatjuk be a hûtõközegek hûtõképességének kvantitatív elemzése céljából bevezetett módszer elõnyeit [8]. A 4. ábrán a vizes és az olajos kádban rögzített, áramoltatott és statikus (azaz mesterséges közegkeverés nélkül felvett) lehûlési görbéket szemlélve szembetûnõ, hogy a víz alapú közeg az olajhoz képest szignifikánsan gyorsabb hûtést biztosít. Ezt a megfigyelést mintegy számszerûen támasztják alá a hûlési görbékbõl származtatott hõátadási együttható függvények is (5. ábra), az olaj hõátadása a teljes vizsgált hõmérsékleti tartományban jelentõsen kisebb, mint a víznél mérhetõnél. A hûtõközeg mesterséges áramoltatása mindkét edzõfolyadék hõátadására hasonló hatást gyakorol: egyrészt a közegre jellemzõ un. forrási szakaszban nagyobb hõelvonást biztosít, másrészt a hõátadás legnagyobb értékét a nagyobb hõmérsékletek irányába tolja el. Mindkét effektus a statikus közeghez képest a forrási szakaszban nagyobb hõáram kialakulásával jár együtt, mely a várható szilárdsági tulajdonságok javulásához járul hozzá. Második példaként a különbözõ hõmérsékletû (40, 60, 80, 100 C) edzõolaj közegben kialakuló hõátadási együtthatókat emeljük ki, melyeket a 6. ábra szemléltet. A hõátadási görbék karakterüket szemlélve csaknem azonosnak tekinthetõk. Az edzett munkadarabban kialakuló tulajdonságok szempontjából azonban a folyadékra jellemzõ, a gõz és a forrási fázist elválasztó átmeneti hõmérséklet (T cp ) vagy más néven a Leidenfrost hõmérséklet mértéke szembetûnõen függ a közeg hõmérsékletétõl (7. ábra). A folyadékba merített forró alkatrész felületén kialakuló gõzhártya az említett hõmérsékleten szakad le, ekkor veszi kezdetét a forrási fázis, mely erõteljes, a gõzfázisnál nagyságrendekkel nagyobb hõelvonással jár együtt. Minél nagyobb hõmérsékleten tûnik el a gõzfátyol az alkatrész ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 13

14 6. ábra Az olaj alapú közegre jellemzõ hõátadási együttható a közeg hõmérsékletének függvényében 8. ábra: Az ollókésben elhelyezett termoelemek helye és a hõkezelés során rögzített lehûlési görbék 7. ábra: Az olaj alapú közegre jellemzõ Leidenfrost hõmérsékletek a közeg hõmérsékletének függvényében felületérõl, annál nagyobb hûlési sebesség alakulhat ki az alkatrész térfogatában, mely a kedvezõ szilárdsági tulajdonságok kialakulásához vezet. A vizsgált edzõolaj T cp átmeneti hõmérséklete C-os közeghõmérsékletnél a legnagyobb, az edzési teljesítmény maximalizálásához ebben a hõmérséklet-tartományban kívánatos tartani a közeget. Validációs vizsgálatok 9. ábra: Az ollókés edzése A kifejlesztett Döntéstámogató Rendszer alkalmazhatóságának ellenõrzése céljából összehasonlító, validációs vizsgálatokat végeztünk. Vizsgálatunk tárgyául a Lõrinci Hengermûben alkalmazott ollókést választottuk, nevezetesen a bemerítéses edzés során a szerszámban kialakuló keménységet hasonlítottuk össze a hõkezelési mûvelet szimulációjánál számítottal. A hengerelt szalagok vágásához használt ollókés alapanyaga 60WCrV7 minõség (1. táblázat), befoglaló méretei mm. A hõátadási paraméterek meghatározásához 6 db termoelemet helyeztünk el az ollókés elõre meghatározott pontjában. Az 1.8 mm átmérõjû furatokba süllyesztett termoelemeket speciális fémdugókkal rögzítettük. A termoelemek elhelyezésének terve a 8. ábrán látható. A hõkezelési mûveletet az elõírt technológia szerint végeztük, azaz a 910 C-ra való hevítést követõen 80 C-os keringtetett olajban hûtöttük le (9. ábra). 1. táblázat: A 60WCrV7 minõség kémiai összetétele C Si Mn P S Cr Mo V Ni 0,55 0,94 0,015 0,00 0,012 1,270 0,05 0,18 0,12 A lehûlési görbéket szemlélve (8. ábra) szembetûnõ, hogy az ollókés hosszanti tengelye mentén az aljához (azaz ah- 14 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

15 10. ábra: A hõátadási együttható az ollókés aljától mért távolság és a hõmérséklet függvényében 12. ábra: A számított keménység eloszlása az ollókés térfogatában 13. ábra: Az ollókés keskenyoldali középvonalában mért (Z m ) és számított (Z c ) keménység a felülettõl mért távolság függvényében (az ollókés aljától Z m = Z c = 0,900 és 1800 mm távolságban) hoz a felülethez, mely a hûtõkádban a legmélyebbre merült) és tetejéhez közeli pontok gyorsabban hûltek, mint az alkatrész közepe. Más szóval, a hõelvonás a hely szempontjából heterogénnek tekinthetõ. Ebbõl következõen az edzési folyamat szimulációjához a hûtõközeg hõátadását a hõmérséklet és a helykoordináta függvényeként vettük figyelembe. A hõmérsékletmérések adatai alapján az ivf SQintegra szoftverrel határoztuk meg a hõátadási együtthatót (10. ábra), mely az ollókés hossza mentén az aljától mért távolság és a felület hõmérsékletének függvénye. A lehûlés közben az ollókés térfogatában kialakuló hõmérsékletmezõ változása a 11. ábrán követhetõ nyomon. Az alkatrész számított keménységeloszlását a 12. ábra szemlélteti. A hõkezelt alkatrészbõl három mintát vágtunk ki és készítettünk elõ, az ollókés aljából (Z m = 0 mm), tetejébõl (Z m = 1800 mm) és közepébõl (Z m = 900 mm). A kivett mintákból köszörülés után a BayATI-ban kifejlesztett, léptetõmotoros asztallal ellátott, ultrahangos elven mûködõ keménységmérõvel vettük fel a keménységeloszlást. A 13. ábra a három mintán a keskenyoldali középvonalában mért (Z m ) és a szimuláció során elõre jelzett (Z c ) keménységeloszlást szemlélteti. A keménységmérések adatai a hõmérsékletmérések során szerzett tapasztalatokat támasztják alá, hiszen nagyobb keménység a gyorsan hûlõ tartományban, azaz a szerszám aljához és tetejéhez közeli helyeken adódott, míg ennél alacsonyabb szilárdságú a viszonylag lassan hûlõ középsõ rész. A mért és a becsült keménység legnagyobb eltérése kb. 5%, a számított értékek a mértekhez hasonló trendet követnek. Ezek az eredmények, úgy véljük, kielégítik a tulajdonságbecslés pontosságával, illetve a Döntéstámogató Rendszer alkalmazhatóságával szemben támasztott szokásos elvárásokat. Összefoglalás 11. ábra: Az ollókés hõmérséklet-eloszlása az idõ függvényében A mechanika üzemnél kifejlesztett és bevezetett Hõkezelési Döntéstámogató Rendszer a hõkezelési mûveletek, elsõ sorban az edzési eljárások tervezésének és a technológia ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 15

16 monitorozásának hatékony eszköze. A rendszer részét képezõ DFK-Qsim elnevezésû tulajdonságbecslõ szoftver az edzés során lejátszódó hõtani és fémtani folyamatok számítását teszi lehetõvé. A szimulációs program a lehûlés közben végbemenõ hõciklust, valamint az ausztenitbomlás eredményeként kialakuló szövetszerkezetet és keménységet becsli 1D-os, hengerszimmetrikus alkatrészek esetében. A hûtõközegek hûtõképességének számszerû minõsítésére bevezetett eljárás az edzett munkadarab elvárt tulajdonság-együttesének kialakításához szükséges hõkezelési paraméterek kiválasztásához nyújt segítséget. A hõkezelési esettanulmányok tapasztalatai és eredményei a kifejlesztett szoftverek és módszerek ipari alkalmazhatóságát támasztották alá, melyek hozzájárultak ahhoz, hogy a mechanika üzem munkatársainak mindennapi munkáját segítõ eszközökké váljanak. Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnénk köszönetet mondani a Dunaújváros Fõiskola Anyagtudományi és Kohászati Intézete munkatársainak, azaz dr. Zsámbók Dénesnek, dr. Csepeli Zsoltnak és Szalai Ibolyának a projekt során nyújtott segítségükért. Irodalom 1. Réti T. et al : ASM Handbook, 4. Heat Treating, 1981, p Gergely M., Konkoly T.: Számítástechnika alkalmazása szerkezeti acélok és hõkezelési technológiák kiválasztásához OMIKK, Réti T., Gergely M., Heat Treatment of Metals, 1991, 18, p T. Réti, Z. Fried, I. Felde: Computer simulation of steel quenching process using a multi-phase transformation model, Computational Materials Science, 2001, 22, p S. Segerberg, J. Bodin, I. Felde: A new advanced system for Safeguarding the performance of the quenching process, Heat treatment of metals, 2003, 2, p S. Segerberg, J. Bodin, I. Felde: Hardware/software combo measures performance in quenching, Heat Treating Progress, 4, 2004, 3, p I. Felde, I. Czinege, T. Réti, B. Smoljan, R. Colas, Quenchant evaluation by using quality functions, 3rd International conference on Thermal Process Modelling and Simulation, 2006, O- I/8 8. Felde I.: Új módszer acélok edzéséhez használatos hûtõközegek hûtõképességének minõsítésére, PhD értekezés, 2007, 16 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

17 Farkas Péter, Sebõ Sándor, Illés Péter, Hujber Zoltán * A HSMM szoftver alkalmazásának lehetõségei az ISD Dunaferr meleghengermûvében Az American Iron and Steel Institute által fejlesztett HSMM (Hot Strip Mill Model) szoftver meleghengermûvek modellezésére szolgál. A modellel számítani tudjuk az adott tulajdonságokkal rendelkezõ alapanyag kihengerlése során az összes fontos technológiai paramétert. Megadtuk a szoftver lényeges tulajdonságait és a használatának rövid leírását, valamint az alkalmazás eddigi részeredményeit. 1. A HSMM szoftverrõl általánosan A HSMM (Hot Strip Mill Model) szoftvert, amely alkalmas bármely meleghengermûben, így az ISD Dunaferr Zrt. meleghengermûvében hengerelt szalagok gyártási paramétereinek meghatározására is, az American Iron and Steel Institute fejlesztette ki. A HSMM egy Windows-alapú számítógépes program, amely képes acélszalagok meleghengerlésének teljes fizikai folyamatát szimulálni, illetve különféle meleghengerléssel kapcsolatos számításokat elvégezni. A folyamatot a hevítõkemencétõl a csévélésig átfogja a program, az eredményeket táblázat, grafikon vagy különféle fájl formátumokban képes megadni. Az új anyagminõségek hengerlési technológiáit a hõmérsékletvezetés, a fogyások rendszere, a sebességviszonyok, stb. megválasztásával lehet meghatározni. A hazánkban eddig kifejlesztett hengerlési szoftverek úgynevezett szúrásterv optimalizálással dolgoztak. A szúrásterveket ezek a programok úgy számolták, hogy a hengersor korlátai (maximális hengerlési erõ, hengerlési nyomaték, áramfelvétel, stb.) alapján elkészítettek egy szúrástervet, amely az adott korlátok között például a maximális terhelést biztosította. A HSMM szoftver nem számol szúrástervet, nem optimalizál, hanem adott szúrástervek és beállított hengerlési paraméterek alapján megadja a hengerlésnél fellépõ igénybevételeket, a hengerelt darab hõmérsékleti viszonyait az egyes technológiai berendezéseknél, valamint a hengerelt végtermék mechanikai és fémtani tulajdonságait. Tehát a technológusok által kidolgozott hengerlési technológiák végeredményét adja meg, amelyek alapján az elképzelt technológiát elõzetes üzemi próbagyártások, kísérletek nélkül finomítani lehet. 2. A szoftver használatának elõnyei The HSMM (Hot Strip Mill Model) software developed by the American Iron and Steel Institute provides modeling of hot rolling mills. With the help of the model we can calculate all the important technological parameters during rolling of base material possessing given properties. In the article we give the significant properties of the software and a short description of its use, as well as the partial results of the application up to the present. A szoftver elõnye, hogy minden hengersori változtatást (fejlesztés, korszerûsítés, stb.) rögzíteni lehet, azaz a szoftver naprakész állapotban tartható. Ha a hengersor technológusai változtatásokat terveznek, azoknak a hatása a HSMM segítségével bármikor modellezhetõ és meghatározható. A program alkalmas a következõk meghatározására: szúrástervek elemzésére és ellenõrzésére (vastagságok, fogyások stb.), hengerlési sebességek meghatározására, hengerlés során a szalag hõmérsékletváltozásának nyomon követésére, az egyes állványok mechanikai és villamos terheléseinek meghatározására, a hengerelt szalagok fémtani-, szilárdsági tulajdonságainak meghatározására, a kész szalag síkfekvési tulajdonságainak megadására, a kész szalagok maradó feszültségeinek meghatározására, adott minõségû és méretû termék hengerlési kapacitásának meghatározására, egyéb, ma még nem látható esetleges problémák vizsgálatára. A fenti feltehetõen nem teljes felsorolás alapján látható, hogy a HSMM szoftver az ISD Dunaferr Zrt. Meleghengermûvének szempontjából rendkívül jól felhasználható. Egyrészt lehetõvé teszi a jelenleg funkcionáló technológiák pontosítását, korszerûsítését, új berendezés hatásainak modellezését, másrészt új anyagminõségek, méretek kifejlesztésénél a tervezési folyamatokat lerövidíti, és biztonságosabbá teszi. 3. A HSMM szoftver alkalmazásának feltételei A HSMM szoftvert mechanikai, fémfizikai és fémtani öszszefüggések alkalmazásával készítették. Üzemeltetéséhez szükséges az, hogy az alakított acélminõségek tulajdonságait, viselkedését (hõmérséklet, alakítás mértéke, alakváltozási sebesség stb.) pontosan ismerjük. Lehetséges megoldás még összehasonlítások (összetétel, szemcsenagyság stb.) végzése a már meglévõ adatú anyagminõségekkel, * Dr. Farkas Péter fõiskolai docens, Dunaújvárosi Fõiskola Anyagtudományi és Kohászati Intézet Dr. Sebõ Sándor technológiafejlesztési fõosztályvezetõ Illés Péter technológiai osztályvezetõ Hujber Zoltán technológus fejlesztõmérnök, ISD Dunaferr Zrt. ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 17

18 bár ez nem mindig alkalmazható módszer. A késõbbiekben ezt az adatállományt folyamatosan fejleszteni szükséges. A meleg szalaghengerlésnél a szabályozott hõmérsékletvezetés mindennapos technológia. A hûtési körülmények, a tényleges hûtési folyamatok adatainak meghatározása üzemi körülmények között nehéz. A szoftver és a hengerlési technológia összehangolása ezen a téren a mûszerezettség javítását kívánja meg (szabályozóelemek, mérõelemek, regisztrálók stb.) a hengersoron. A hengersor mechanikai terhelésénél a hengerlési erõ mérése folyamatos, de a hengerlési nyomaték mérése még nem megoldott. Az alaki, geometriai méretek ellenõrzése a készsor után beépített szelvénymérõvel lehetséges. A tényleges mért adatok segítségével a HSMM szoftver még jobban tud integrálódni a meleghengermû tervezési és gyártási rendszerébe. 4. A szoftver által használt összefüggések rendszere A Hot Strip Mill Model (HSMM) a meleghengermûben hengerelt acélban lejátszódó fizikai folyamatokat modellezi. A meleghengerlés alatt lejátszódó erõtani és hõtani folyamatok modellezése nagymennyiségû számítást igényel, melyeket az utóbbi néhány évtizedben fejlesztettek ki a hengerléssel foglakozó kutatók elméletei alapján. A HSMM-ben a számításokat két részterületre osztjuk: hõtani-erõtani számításokra, és a szövetszerkezet kialakulását leíró számításokra. Az egyenleteket és numerikus módszereket, amelyeket e számításokban alkalmazunk, a szoftverhez mellékelt kézikönyvekben megadják. A hõtani-erõtani számítások a hengerlés minden szakaszát lefedik a buga kemencébõl való kilépésétõl a késztermék felcsévéléséig, vagy hûtõpadra jutásáig. Ezek a számítások a következõket tartalmazzák: idõadatok és sebességek az anyag szállításakor és hengerlésekor, az anyag hõmérsékletének alakulása, a hengerrés adatai, motornyomatékok, teljesítmények, és nyomásviszonyok, a szalag lencséssége és alakja, termelési adatok. 5. A szoftver alkalmazása A szoftver több modulra oszlik, külön modul foglalkozik a hengermû felépítésével, a megfelelõ anyagminõségek és azok tulajdonságainak beállításával, valamint a hengerlés technológiai paramétereivel. Ha belegondolunk, ezek valóban jól elkülöníthetõ dolgok, azonban a végeredményt, a hengerelt szalagok tulajdonságait csak együttesen képesek biztosítani. A szoftver használata során tehát több lépcsõben kell haladnunk. A legelsõ a hengermû modellezése. A következõ szakaszban meg kell adnunk, hogy milyen anyagot akarunk hengerelni, végül meghatározzuk a hengerlési folyamatot, a hengerlési paramétereket. Ahhoz, hogy a program ténylegesen használható legyen a korábban megfogalmazott feladatokra, szükséges az eredmények hangolása, a számítási modell korrigálása az adott mû valós körülményeihez, a mért adatokkal való megfelelõ összehasonlíthatóság érdekében. 1. ábra: A HSMM szoftver egy képernyõoldala 18 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.

19 5.1. Az adott hengermû modelljének létrehozása A szoftver segítségével nagyon sokféle hengermûvet létre tudunk hozni. A hengermûvek felépítését a szoftver által külön definiált területeken lehet elvégezni. Ezek a területek: kemenceterület, elõnyújtói terület, készsori terület, kifutó görgõsori (szalaghûtõ) terület, csévélõi terület. Az egyes területekre a ma ismert összes technológiai berendezést be lehet építeni a Steckel-sortól kezdve az Enco-panelekig. Az elsõ feladat tehát a hengersor modelljének létrehozása. A modell kialakítása után meg kell adni az egyes berendezések paramétereit. Ezek a paraméterek lehetnek kötelezõen megadandók, mint pl. az egyes berendezések távolsága, vagy csak megadhatók, melyek például korlátként szolgálnak. A szoftver egy képernyõoldala az 1. ábrán látható, alján az ISD Dunaferr meleghengermûvének a szoftverben létrehozott modelljével Kalibrációs modul kiválasztása A szoftver tartalmazza néhány járatos acélminõség fizikai paramétereit, melyeket a számításnál felhasznál. Ennek megfelelõen ki kell választani a beépített anyagminõségek közül a legmegfelelõbbet, majd meg kell adni az általunk hengerelt anyag kémiai összetételét, mely kisebb-nagyobb mértékben természetesen el fog térni az alap kémiai összetételtõl. A rendelkezésre álló acélminõségek listája sajnos nem teljes. Ezzel gyakorlatilag meghatároztuk a szoftverben, hogy az adott projektben milyen kalibrációs modullal, milyen fizikai jellemzõkkel és összefüggésekkel számoljon Szúrásterv bevitele Miután a modell rendelkezésre áll, és a megfelelõ kalibrációs modult kiválasztottuk, meg kell adnunk egy kihengerelt szalag szúrástervét. A szúrásterv megadása a kiinduló buga adataitól kezdve a csévélõig mindenféle jelentõs technológiai paramétert jelent. A 2. ábra szerinti képernyõn a szúrástervek méretadatait, vagyis a vastagságait és szélességeit tudjuk megadni. A programba a szúrástervek felvitele történhet kézzel, amikor minden technológiai adatot kézzel gépelünk be a szoftverbe, vagy történhet automatikusan. A HSMM szoftver lehetõvé teszi, hogy egy elõre meghatározott Microsoft 2. ábra: A szúrástervek vastagsági és szélességi adatainak megadása ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1. 19

20 3. ábra: A technológiai paraméterek megjelenítése Access adatbázis 3 táblájába adatokat rögzítsünk. Ezt a lehetõséget kihasználva módunkban áll a meleghengermû mérésadatgyûjtõ rendszerébõl (MAR) külön erre a célra fejlesztett program segítségével adatokat rögzíteni. A MAR tartalmaz minden olyan adatot, melyre a szoftvernek szüksége van. A program segítségével gyorsan fel lehet tölteni a táblákat, melyekbõl a HSMM olvasni tud, így egy szalag szúrástervének, technológiai adatainak beviteli ideje csaknem huszadára csökken Számítás A szúrásterv bevitele után a programmal számítást végeztethetünk, vagyis a bemenõ technológiai paraméterekkel, ismerve az anyagminõséget és a technológiai berendezések adottságait és korlátait, kiszámíttathatjuk a fellépõ terheléseket, hõmérsékleteket, mechanikai tulajdonságokat. A számítás vége lehet hibaüzenet is, mely figyelmeztet valamely korlát átlépésére stb. A számítást kétféle módban végezhetjük. Egyszerû (Single Node), vagy Összetett (Multiple Node) módban. A kettõ közötti különbség az, hogy az egyszerû módban a modell az anyagot egy egésznek feltételezi, és a szalag középvonalában lévõ tulajdonságokat kalkulálja, az összetett mód pedig a szalagot a vastagság mentén rétegekre bontja, és minden egyes rétegre meghatározza a kívánt tulajdonságokat. A számítás lényeges eleme, hogy milyen terhelések, igénybevételek jelentkeznek. Hengerekre, így a berendezésekre ható terhelések számításánál kétféle erõszámítási modell közül választhatunk (folyáshatár-, vagy alakítási ellenállás módszerek) Hangolás A szúrásterv bevitele és a számítás elvégzése után azt tapasztalhatjuk, hogy a számított és mért paraméterek között eltérés mutatkozik. Az eltérések felszámolására lehetõségünk van hangolni a szoftvert. Kétféle hangolás lehetséges. Egyik lehetõségként a hõmérséklet lefutását tudjuk beállítani a különbözõ együtthatók finomhangolásával, vagy pedig a számolt és mért mechanikai tulajdonságokat tudjuk egymáshoz közelíteni Eredmények megtekintése A számolt és mért eredmények megtekintésére külön ablak szolgál, melyben diagram formában láthatjuk az egyes technológiai berendezéseknél fellépõ hõmérsékleteket, erõket, áramokat stb. (3. ábra). A mechanikai eredményeket táblázatos formában jelennek meg Új minõségek felvétele A HSMM szoftverben lehetõség van új acélminõségek felvételére, amennyiben minden fémfizikai jellemzõt meg tudunk adni adott összetételhez. Példaként a 4. ábrán a fajhõ megadásának képernyõképe látható. A program leírása tartalmazza, hogy mi módon lehet új minõségeket felvenni, milyen tulajdonságokat kell meghatározni és bevinni a szoftverbe. Reményeink szerint a jövõben erre is lehetõség nyílik. 20 ISD DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2008/1.