Determination of Flow Curves on Selected Steel Grades in Their Liquid State/ Wyznaczanie Krzywych Płynięcia Wybranych Gatunków Stali W Stanie Ciekłym

Issues of viscosity and rheological properties of liquid ferrous solutions are important from the perspective of modelling, along with the control of actual production processes related to the manufacturing of metals, including iron and steel. Conducted analysis within subject literature indicates that there are many theoretical considerations concerning the effects of viscosity of liquid metal solutions. The objective of this study was to perform rheological measurements of liquid ferrous solutions, the results of which may be used as the basis for developing viscosity models as a function of chemical composition, temperature, and a selected rheological parameter. The study contains the results of rheological tests of ferrous solutions - six chemical compositions with a carbon content from 0.15 to 0.39% and which were tested with applied shear rates from 40 to 180 s-1. The obtained values of dynamic viscosity coefficient are within the range of 0.002 - 0.018 Pa s.Zagadnienia lepkości oraz właściwości reologicznych ciekłych roztworów żelaza są ważne z punktu widzenia modelowania, a także sterowania rzeczywistymi procesami technologicznymi w odniesieniu do wytwarzania metali, w tym surówki i stali. Z przeprowadzonej analizy literaturowej wynika, że istnieje wiele teoretycznych rozwazań nad zjawiskiem lepkości ciekłych roztworów metali. Celem niniejszej pracy było wykonanie pomiarów reologicznych ciekłych roztworów żelaza, których wyniki mogą stanowić podstawę do opracowania modeli lepkości w funkcji składu chemicznego, temperatury oraz wybranego parametru reologicznego. W pracy zawarto wyniki badań reologicznych roztworów żelaza: sześciu składów chemicznych o zawartości węgla od 0.15 do 0.39% przy zastosowanych prędkościach ścinania od 40 do 180 sV. Uzyskane wartości współczynnika lepkości dynamicznej są rzędu 0.002-0.018 Pa·s

Wyznaczanie krzywych płynięcia wybranych gatunków stali w stanie ciekłym

Issues of viscosity and rheological properties of liquid ferrous solutions are important from the perspective of modelling, along with the control of actual production processes related to the manufacturing of metals, including iron and steel. Conducted analysis within subject literature indicates that there are many theoretical considerations concerning the effects of viscosity of liquid metal solutions. The objective of this study was to perform rheological measurements of liquid ferrous solutions, the results of which may be used as the basis for developing viscosity models as a function of chemical composition, temperature, and a selected rheological parameter. The study contains the results of rheological tests of ferrous solutions - six chemical compositions with a carbon content from 0.15 to 0.39% and which were tested with applied shear rates from 40 to 180 s-1. The obtained values of dynamic viscosity coefficient are within the range of 0.002 - 0.018 Pa s.Zagadnienia lepkości oraz właściwości reologicznych ciekłych roztworów żelaza są ważne z punktu widzenia modelowania, a także sterowania rzeczywistymi procesami technologicznymi w odniesieniu do wytwarzania metali, w tym surówki i stali. Z przeprowadzonej analizy literaturowej wynika, że istnieje wiele teoretycznych rozwazań nad zjawiskiem lepkości ciekłych roztworów metali. Celem niniejszej pracy było wykonanie pomiarów reologicznych ciekłych roztworów żelaza, których wyniki mogą stanowić podstawę do opracowania modeli lepkości w funkcji składu chemicznego, temperatury oraz wybranego parametru reologicznego. W pracy zawarto wyniki badań reologicznych roztworów żelaza: sześciu składów chemicznych o zawartości węgla od 0.15 do 0.39% przy zastosowanych prędkościach ścinania od 40 do 180 sV. Uzyskane wartości współczynnika lepkości dynamicznej są rzędu 0.002-0.018 Pa·s

Żużle wielkopiecowe domieszkowane Al₂O₃ w stanie stało-ciekłym

The nature and properties of liquid solutions - metallurgical slags (used in the pig iron and steel production) affect the quality of the final product and processing time. The main object of the study was slag system: CaO-SiO2-MgO-Al2O3, when the content of Al2O3 was raised to ca. 25% in liquid and semi-liquid state. Measurements were performed using Searle’s method of concentric cylinder systems. Graphite measuring systems were used for testing with two types of bobs: smooth and perforated. Rheological measurements were carried out for five slag systems in the temperature range between 1310-1500°C, shear rate values were changed in the wide range between 1s-1 to 150/180s-1. FactSage application was used to calculate the mass of solid phases precipitating from the slag volume for different chemical compositions at various temperatures. In the temperature range in which the solid phases occurred in the slag the analysed systems show non-Newtonian behaviour.Charakter oraz właściwości ciekłych żużli metalurgicznych (wykorzystywanych w procesach wielkopiecowym oraz stalowniczym) wpływa na jakość produktu oraz na czas prowadzonego procesu. W niniejszej pracy analizowano żużle typu CaO-SiO2-MgO-Al2O3. domieszkowane do ok. 25% Al2O3, w stanie ciekłym oraz stało-ciekłym. Badania zostały wykonane przy użyciu rotacyjnej metody z koncentrycznymi cylindrami typu Searle’a. Narzędzia pomiarowe wykonano z grafitu, charakteryzowały się one gładkimi oraz perforowanymi powierzchniami. Badania reologiczne wykonano dla pięciu systemów żużlowych w temperaturach 1310-1500°C. Prędkość ścinania w trakcie pomiarów zmieniana była od ls-1 do 150/180s. -1 Pakiet FactSage został wykorzystany do obliczenia masy fazy stałej, wytrącającej się z objętości żużla, dla różnych składów chemicznych, w różnych temperaturach. W temperaturach, w których zaobserwowano występowanie fazy stałej charakter reologiczny badanych układów żużlowych odbiegał od zachowania ciała idealnego Newtona

Wybrane gatunki stali jako ciecze definiowane reologicznie

In many processes liquid metal is subjected to dynamic forces, e.g. dynamics of the electric arc, dripping of pig iron in a blast furnace in counter current with reducing gas, in a continuous casting process - dynamic phenomena during flow and crystallization. Values of rheological parameters in these real processes are, so far, very difficult to measure. And thus the influence of the dynamics of these factors: liquid shear rate, time of force action, its value and direction are neglected. In this work the authors analyzed, from the rheological point of view, some selected typical types of steel: 90CrV6, DHQ3, 34CrNiMo, produced in an electric arc furnace. Measurements were taken using a high temperature rheometer FRS1600 in the range of liquid and under-liquid temperatures for changing shear rates and different times of shear stress impact on the liquid system. The measured rheological characteristics allowed us to conclude that the investigated steels show relationships between shear rate and time when the liquid steel was under the influence of the dynamic forces.W wielu procesach ciekły metal poddawany jest działaniu siły dynamicznej, m.in. dynamiki działania łuku elektrycznego, ściekania surówki w wielkim piecu w przeciwprądzie z gazem redukcyjnym, COS - zjawisk dynamicznych w trakcie przepływu i krystalizacji. Wartości parametrów, które można traktować jako reologiczne w tych procesach rzeczywistych są jak do tej pory bardzo trudno mierzalne. A co za tym idzie, wpływ dynamiki działania tych czynników: szybkości ścinania cieczy, czasu działania siły, jej wartości i kierunku jest zaniedbywany. Poddano analizie reologicznej wybrane typowe gatunki stali: 90CrV6, DHQ3, 34CrNiMo, wytapiane w elektrycznym piecu łukowym. Badania przeprowadzono na reometrze wysokotemperaturowym FRS1600 w zakresie temperatur likwidus i poniżej likwidus dla różnych wartości szybkości ścinania i różnych czasów oddziaływania naprężenia ścinającego na ciekły układ. Wykonano charakterystyki reologiczne, które pozwalają stwierdzić, że analizowane stale wykazują zależności od szybkości ścinania i czasu, w którym poddajemy ciekła stal działaniu sił dynamicznych

Analiza lepkości wybranych gatunków stali w stanie ciekłym

This paper presents the results of the rheological analysis of selected grades of steel: 90CrV6, DHQ3, 34CrNiMo. In metallurgical processes, gradient of the dynamic viscosity parameter is an important indicator characterizing the behavior of liquid metal in the industrial aggregates. It affects the processes of heat exchange and mass transport occurring in the existing liquid, solid and gaseous phases. Only a small number of high temperature viscosity measurements is available. This is due to the fact that the experiments are difficult to conduct and due to the general assumption that the molten steel is a liquid exhibiting similarities to Newtonian liquids body. In general liquid metal processes are affected by dynamic forces. Values of the parameters which could be treated as rheological in those real processes are very difficult to measure therefore the influence of the following factors: time of shearing, force value, force direction and shear rate are neglected. The significance of these dynamic parameters seems to be particularly important in the steel continuous casting and thixoforming process. In this work authors analyzed, from the rheological point of view, chosen representative types of steel produced in electric arc furnace. Measurements were taken using a high temperature viscometer FRS1600 in the range of liquidus temperatures as well as above the liquidus for variable shear rates and different time of shearing.W pracy przedstawiono wyniki badań reologicznych wybranych gatunków stali: 90CrV6, DHQ3, 34CrNiMo. W procesach metalurgicznych gradient parametru lepkości dynamicznej jest waznym wskaźnikiem charakteryzującym zachowanie ciekłego metalu w agregatach przemysłowych. Wpływa on na procesy wymiany ciepła i masy wystepujace w istniejacych fazach ciekłych, stałych i gazowych. Ze wzgledu na skale trudnosci eksperymentów wykonuje sie niewiele wysokotemperaturowych pomiarów współczynnika lepkości, a rzadko wykorzystuje sie parametry reologiczne do jej opisu. Wynika to z powszechnego założenia, ze ciekła stal w całym zakresie oddziaływania na nia sił zewnętrznych w trakcie procesu produkcji jest ciecza wykazująca podobieństwo do cieczy newtonowskich. W procesach przemysłowych ciekły metal poddawany jest działaniu sił dynamicznych (np. oddziaływaniu łuku elektrycznego). Wartości parametrów, które mozna traktowac jako reologiczne w tych procesach rzeczywistych są jak do tej pory bardzo trudno mierzalne. Co za tym idzie, wpływ dynamiki oddziaływania tych czynników: czasu działania siły, jej wartosci i kierunku, szybkosci scinania cieczy, na ciekły metal jest zaniedbywany. Znaczenie tych parametrów dynamicznych wydaje sie szczególnie wazne w procesie ciagłego odlewania oraz formowania tiksotropowego stali w stanie stało ciekłym. W pracy poddano analizie reologicznej wybrane typowe gatunki stali wytapiane w elektrycznym piecu łukowym. Badania przeprowadzono na reometrze wysokotemperaturowym FRS1600 w zakresie temperatur likwidus , ponizej oraz powyżej tej temperatury dla róznych wartości szybkości ścinania i róznych czasów oddziaływania naprezenia ścinajacego na ciekły układ

Analiza wpływu lepkości na symulację numeryczną rozkładu temperatury na przykładzie procesu ciągłego odlewania

The numerical modelling of casting processes is based on complex software packages, which most often use the finite element method. But the degree of complexity of the applied model may cause an occurrence of numerical errors. These errors may be generated both by an incorrect finite element mesh and by the use of incorrect material characteristics. The ProCAST numerical software package was used for numerical calculations. A 3D model was developed on the basis of the process parameters of an actual continuous steel casting process. The temperature distribution of a solidifying strand, with dimensions of 220x1100mm, was analysed for two steel grades: F320 and S235. A series of numerical simulations were performed where the influence of the applied viscosity values on the solidifying strand temperature distribution was presented. Viscosity values from rheological examinations that were performed with an FRS1600 high-temperature rheometer were used in the numerical simulations of the CC process. The aforementioned rotational measurements were carried out for the F320 and S235 steels in the liquid and in the semi-solid statesto examine the influence of temperature on the viscosity value changes obtained. A concentric cylinder systems working in accordance with Searle’s method was used for the measurements. Numerical calculations that were based on the viscosity values from the CompuTherm LLC, thermodynamic database were compared with one other in the project. The calculated temperature distribution of the solidifying CC strand was verified on the basis of a database that was created during measurements which were conducted in industrial conditions.Modelowanie numeryczne procesów odlewniczych bazuje na złożonych pakietach oprogramowania wykorzystujących najczęściej metodę elementów skończonych. Stopień złożoności zastosowanego modelu może spowodować powstanie błędów numerycznych. Błędy mogą być generowane zarówno przez niewłaściwą siatkę elementów skończonych jak również przez zastosowanie niepoprawnych właściwości materiałowych. Do przeprowadzenia obliczeń numerycznych wykorzystano pakiet oprogramowania numerycznego ProCAST. Model 3D został opracowany na podstawie parametrów technologicznych rzeczywistego procesu COS. Analizowano roz- kład temperatury krzepnącego pasma o wymiarach 220x1100 mm dla stali F320 oraz S235. Przeprowadzono szereg symulacji numerycznych, w których przedstawiono wpływ zastosowanych wartości lepkości na rozkład temperatury krzepnącego pasma. W symulacjach numerycznych procesu COS wykorzystano wartości lepkości pochodzące z badań teologicznych wykonanych przy użyciu reometru wysokotemperaturowego FRS1600. Powyższe rotacyjne pomiary przeprowadzono dla stali F320 i S235 znajdujących się w stanie ciekłym oraz stało-ciekłym badając wpływ temperatury na uzyskiwane zmiany wartości lepkości. Do pomiarów wykorzystano układ koncentrycznych cylindrów typu Searle’a. W pracy porównano również obliczenia numeryczne wykonane na podstawie wartości lepkości pochodzących z termody- namicznej bazy danych PANDAT. ConipuTherm LLC. Weryfikacja obliczonego rozkładu temperatury krzepnącego pasma COS została wykonana w oparciu o bazę danych utworzoną podczas pomiarów przeprowadzonych w warunkach przemysłowych

Analiza lepkości stali w zakresie temperatur krzepnięcia

The main objective of this study was to conduct an analysis of the rheological properties of steel in a semi-solid state. The results were used for the development of mathematical models of the apparent viscosity. Knowledge of the rheological properties is crucial for the numerical modeling of technological processes. Shaping in the semi-solid state, also known as thixoforming processes, is an innovative method of processing metal alloys and has a great many advantages in comparison with classical metal forming and foundry processes. Nowadays, research is conducted with the practical application of this method in steel processing [1,2] as its goal. The most significant achievement of this particular study is the application of a viscometer which was specially designed for material tests executed at extremely high temperatures, such as the measurement of liquid or semi-liquid steel viscosity. This paper presents the results of a rheological analysis of 100Cr6 (PN ŁH15) tool steel. It was performed using a rotational viscometer with a stationary external cup.Głównym celem pracy była analiza właściwości reologicznych wybranej stali w stanie stało-ciekłym. Otrzymane wyniki zostały wykorzystane do opracowania modelu matematycznego lepkości pozornej. Znajomość własności reologicznych jest konieczna w numerycznym modelowania procesów kształtowania metali. Przeprowadzona w tym przypadku analiza będzie służyć do modelowania procesów formowania stopów żelaza w stanie stało-ciekłym, nazywanych również procesami formowaniem tiksotropowego. Procesy te biorą swoją nazwą od zjawiska tiksotropii jakie zachodzi w trakcie odkształcenia stało-ciekłego metalu. Zjawisko to przejawia się zależnym od czasu zachowaniem materiału, dla którego lepkość pozorna zmniejsza się wraz ze wzrostem czasu odkształcenia oraz ponownie wzrasta do poprzedniej wartości po jego zaprzestaniu i jest wynikiem transformacji, którą można zdefiniować jako odwracalną przemianę żelu (stop, w którym faza stała występuje w postaci spójnego szkieletu zanurzonego w fazie ciekłej) w zol (stop posiadający strukturę globularną), zachodzącą pod wpływem oddziaływania mechanicznego (mieszanie, wstrząsy). W rezultacie następuje zniszczenie przestrzennej sieci żelu, co powoduje jego upłynnienie (spadek lepkości pozornej), czyli przejście w zol. Skutkiem formowania tiksotropowego jest przekształcenie struktury dendrytycznej w strukturę globularną, co ma zasadniczy wpływ na własności mechaniczne wyrobu gotowego. Zasadniczym osiągnięciem tej pracy jest wykorzystanie do pomiaru lepkości stali wiskozymetru, specjalnie zaprojektowanego do badań materiałów w wysokich temperaturach. Analiza reologii stopów żelaza w stanie stało-ciekłym wymaga zastosowania specjalnych wiskozymetrów wyposażonych w piece, których temperatura robocza zawiera się w przedziale od 1000 do 1500°C. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem wiskozymetru rotacyjnego z nieruchomym cylindrem zewnętrznym. Testy lepkości zostały poprzedzone doborem odpowiedniego kształtu tygla i wrzeciona oraz materiału, z którego zostały one wykonane, wytrzymującego temperatury ciekłej stali. Podstawowym kryterium doboru kształtu narzędzi było osiągnięcie prędkości odkształcenia postaciowego w zakresie do 20 s-1 w którym w trakcie pomiaru nie występuje zjawisko przepływu turbulentnego. Do pomiarów wykorzystano narzędzia wykonane z Al2O3. W pracy przedstawione zostały wyniki analizy reologicznej stali narzędziowej z gatunku 100Cr6 (PN ŁH15). Wyniki te obejmują zależności lepkości od prędkości odkształcenia postaciowego oraz temperatury. Biorąc pod uwagę sposób przeprowadzenia testów, polegający na równomiernym mieszaniu można założyć, że pomiar lepkości dotyczył stopu, w którym zaszła przemiana tiksotropowa. Przeprowadzone badania pozwalające wyznaczyć własności reologiczne konieczne również do ustalenia wartości podstawowych parametrów technologicznych w procesach kształtowania tiksotropowego. W chwili obecnej prowadzi się szereg badań, których celem jest wdrożenie tej metody w przetwórstwie stopów żelaza. Formowanie tiksotropowe jest nowatorską metodą przetwórstwa stopów metali, posiadającą szereg zalet w porównaniu do klasycznych metod stosowanych w plastycznej przeróbce oraz odlewnictwie

Pomiar lepkości stali dla modelowania procesu ciągłego odlewania stali

This paper presents the results of the rheological analysis of five chosen grades of steel: F320, UG-m, S235-c, ETZ1, B500SP. These steels are produced in industrial conditions and used for slabs and billets. In a metallurgical processes the viscosity parameter is an important indicator characterizing the behavior of liquid metal in the industrial aggregates. Due to the difficulty of the experiments only a small number of high temperature viscosity measurements are performed. Rheological analysis of selected iron solutions was conducted in the range of liquid and below-liquid point. Measurements were taken using a high temperature viscometer FRS1600 working in accordance with the concentric cylinder method. The acquired rheological characteristic allow to conclude that the investigated steels properties depend on the shear rate and temperature. The results will be used for numerical modeling of the steel casting process.W pracy przedstawiono analizę lepkości pięciu wybranych gatunków stali: F320, UG-m, S235-c, ETZ1, B500SP. Powyższe gatunki stali są wytwarzane w warunkach przemysłowych i stosowane na wyroby płaskie oraz długie. W procesach metalurgicznych wartość współczynnika lepkości jest ważnym wskaźnikiem charakteryzującym zachowanie ciekłego metalu w agregatach przemysłowych. Ze względu na skalę trudności wykonuje się niewiele wysokotemperaturowych pomiarów lepkości. Analizę reologiczną wybranych stopów żelaza przeprowadzono w zakresie temperatur likwidus oraz poniżej punktu likwidus. Pomiar lepkości zostałprzeprowadzony na reometrze wysokotemperaturowym FRS1600. Do pomiarów wykorzystano metodę osiowo- koncentrycznych cylindrów. W ramach pracy wykonano charakterystyki reologiczne, które pozwalają stwierdzić, że analizowane stale wykazują zależności od szybkości ścinania oraz temperatury. Wyniki uzyskane z pomiarów reologicznych zostaną wykorzystane do numerycznego modelowania procesu ciągłego odlewania stali

Wysokotemperaturowe pomiary reometryczne zasypek krystalizatorowych

Issues of viscosity and rheological properties of powder moulds are important from the perspective of modelling, along with the control of continuous casting process. Conducted analysis within subject literature indicates that there are many theoretical considerations concerning the effects of viscosity of powder moulds. The objective of this study was to perform rheological measurements of powder moulds, the study contains the results of rheological tests of seven chemical compositions with a carbon content from 5.0 to 10.7% and which were tested with applied shear rates from 10 to 40 s-1 , which are similar to those in a real process: the velocity of strand passes/drawing and mould movements.Zagadnienia lepkości oraz właściwości reologicznych zasypek krystalizatorowych są ważne z punktu widzenia modelowania, a także sterowania rzeczywistymi procesami technologicznymi w odniesieniu do procesu ciągłego odlewania stali. Z przeprowadzonej analizy literaturowej wynika, że istnieje wiele teoretycznych rozważań nad zjawiskiem lepkości ciekłych roztworów zasypek krystalizatorowych. Celem niniejszej pracy było wykonanie pomiarów reologicznych zasypek krystalizatoro-wych, w pracy zawarto wyniki badań siedmiu składów chemicznych o zawartości węgla od 5.0 do 10.7% przy zastosowanych prędkościach ścinania od 10 do 40 s-1 , odpowiadającym prędkościom rzeczywistym wynikającym z prędkości wyciągania pasma oraz ruchów krystalizatora