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http://hdl.handle.net/1843/31563| Type: | Dissertação |
| Title: | Desenvolvimento de um modelo de transferência de calor e solidificação de placas no processo de lingotamento contínuo |
| Authors: | André Afonso Nascimento |
| First Advisor: | Roberto Parreiras Tavares |
| First Referee: | Aline Lima da Silva |
| Second Referee: | Sérgio Luiz de Souza Costa |
| Abstract: | Defeitos superficiais e internos em placas obtidas no processo de lingotamento contínuo, normalmente estão relacionados a quatro aspectos: (i) condição de resfriamento primário e secundário; (ii) alinhamento de máquina; (iii) escoamento do aço no molde e (iv) propriedades físico-químicas do aço. Dentre os aspectos citados, as condições de resfriamento da placa são de suma importância para o processo de solidificação, pois afetam parâmetros como a espessura da camada solidificada, as temperaturas em função da posição na máquina e o ponto final de solidificação da placa. Tais parâmetros são essenciais para qualquer análise de falha ou adequação no processo de lingotamento contínuo e podem ser obtidos por modelos de transferência de calor e solidificação da placa. Sendo assim, neste estudo foi desenvolvido um modelo pelo método 2½ D, que consiste em acompanhar uma secção transversal da placa, em regime transiente, durante toda a extensão da máquina, ajustando as condições de contorno para cada região. O modelo foi desenvolvido de forma parametrizada sendo possível ser adaptado para máquinas de lingotamento contínuo com secções retangulares. Os fluxos de calor nas faces do molde foram obtidos em função da distância do menisco levando em consideração as condições reais de vazão e diferença de temperatura de água de entrada e saída. No resfriamento secundário, foram implementadas rotinas para considerar as condições de contorno da extração de calor pelos rolos, por radiação, pela convecção devido à incidência do jato de spray e pelo acúmulo de água nos rolos. Para a condição de contorno por convecção, foi considerada a fração de vazão específica de água nos sprays da extremidade, da face larga da placa, em função da vazão específica dos sprays centrais. Para validação do modelo foram inseridos termopares entre os rolos e a placa para obtenção do perfil de temperatura superficial da placa em função da distância do menisco bem como medições pontuais com pirômetro ótico para obtenção do perfil de temperatura em função da largura da placa. Para validação da espessura da camada solidificada foram realizadas medições em placas oriundas de rompimento de pele na região do molde e bender. Portanto, este estudo teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático, utilizando métodos numéricos, para simular as condições de resfriamento durante a solidificação da placa no processo de lingotamento contínuo. Os resultados experimentais foram comparados com os obtidos por simulação e apresentaram ótima concordância. Sendo assim, o modelo desenvolvido foi validado e pode ser utilizado para auxiliar nas alterações de processo que visam, por exemplo, a melhoria da qualidade interna e superficial de placas para a máquina de lingotamento contínuo de placas da Gerdau Ouro Branco. |
| Abstract: | Surface and internal defects in slabs produced in the continuous casting process are usually related to four aspects: (i) primary and secondary cooling condition; (ii) machine alignment; (iii) flow of steel in the mold and (iv) physico-chemical properties of steel. Among the mentioned aspects, the cooling conditions of the slab are of paramount importance for the solidification process, since they affect parameters such as the shell thickness, the temperatures as a function of the position in the strand and the solidification end point of the slab. Such parameters are essential for any failure or adequacy analysis in the continuous casting process and can be obtained by heat transfer and solidification models of the slab. Thus, in the present study a model will be developed by the 2½ D method, which consists of following a transverse section of the slab, in a transient scheme, throughout the extension of the machine, adjusting the boundary conditions for each region. The model can be adapted to continuous casting machines casting shapes with rectangular cross sections. The profile of heat fluxes in mold faces were as a function of the distance of the meniscus taking the flow rate of water and the difference between inlet and outlet temperature of water. In the secondary cooling, routines were implemented to consider extraction of heat by roller, by radiation, by the convection due to the spray and by the water accumulator in the rollers. For a convection boundary condition, a specific water flow fraction was applied to the marge of slab, on the wide face, in function of the central water flow. To validate the model, thermocouples were inserted between the rollers and the slab to measure the surface temperature. In one point of the machine was measure the temperature of slab in function of the wide face, with optical pyrometer. To validate the shell thickness was measure breakout shell in mold and bender regions. Therefore, the objective of this study was to develop a mathematical model to simulate the cooling conditions during solidification in the slab continuous casting. The experimental results were compared with those obtained in the simulations and showed excellent agreement. Thus, the developed model has been validated and can be used to assist in process changes aimed at improving the internal and surface quality of slabs for continuous slab casting machine from Gerdau Ouro Branco. |
| Subject: | Engenharia metalúrgica Metalurgia extrativa Calor - Transmissão Fundição continua Modelos matemáticos Solidificação |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/31563 |
| Issue Date: | 12-Jul-2019 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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| Desenvolvimento de um Modelo de Transferência de Calor e Solidificação de Placas no Processo de Lingotamento Contínuo.pdf | 6.3 MB | Adobe PDF | View/Open |
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