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Title in Portuguese: Metodologia numérico-experimental para determinação da qualidade de aços obtidos por lingotamento contínuo
Title: Numerical-experimental methodology for determining the quality of steels obtained by continuous casting
Author: Anjos, Tarquínio Plynio Durães dos
Advisor(s): Marcondes, Francisco
Keywords: Lingotamento contínuo
Aço
Simulação numérica
Solidificação
Transferência de calor
Issue Date: 2013
Citation: ANJOS, Tarquínio Plynio Durães dos. Metodologia numérico-experimental para determinação da qualidade de aços obtidos por lingotamento contínuo. 2013. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013
Abstract in Portuguese: O processo de lingotamento contínuo, amplamente utilizado na produção de aço, caracteriza-se pela solidificação do aço líquido em formas que serão utilizadas posteriormente em processos subsequentes de conformação mecânica. Portanto, as condições nas quais acontece a transferência de calor, nas várias etapas de resfriamento, influenciam grandemente à qualidade do produto lingotado e a produtividade do processo. O presente trabalho tem como objetivo principal, o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular o processo de solidificação de aços no lingotamento contínuo de tarugos. Foram realizadas medidas de temperatura nas paredes externas do molde de seção 100 x 100 mm da máquina de lingotamento contínuo através da inserção de termopares. A partir das temperaturas medidas, foi realizado um procedimento numérico para o cálculo dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde. Com este estudo, foi possível verificar a influência dos principais parâmetros de processo no comportamento dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde. Através dos coeficientes determinados, foi possível obter equações para determinar o coeficiente global de extração de calor em função de variáveis de processo como a composição química, velocidade de lingotamento e faces do molde. Medições de temperatura superficial do lingote também foram realizadas através de um pirômetro óptico, ao longo das regiões de resfriamento secundário e radiação/convecção natural da máquina de lingotamento contínuo, sendo possível assim obter os coeficientes de transferência de calor destas regiões. De posse dos coeficientes de transferência de calor encontrados no molde, regiões de resfriamento secundário e radiação/convecção natural, foi possível simular de maneira eficaz o processo de solidificação ao longo da máquina de lingotamento, analisando perfis térmicos e espessuras de camada solidificada. Com base nos perfis simulados e de acordo com critérios metalúrgicos definidos para a garantia da qualidade do lingote, foram identificadas condições de operação propensas à geração de defeitos no tarugo e problemas operacionais no processo. Assim, oportunidades de melhoria dos parâmetros operacionais e estruturais da máquina de Lingotamento Contínuo foram sugeridas.
Abstract: The continuous casting process has been widely used in steel production. It is characterized by the solidification of liquid steel in several forms that will be used later for mechanical forming processes. Therefore, the conditions under which the heat transfer takes place in several stages of this cooling process will have a large effect on the product quality and the process productivity. The main goal of this work is the development of a mathematical model capable of describing the solidification behavior during the several stages of the continuous casting process. Thermocouples are inserted into the outer walls of a mold of 100x100 mm square section in order to evaluate the temperature of the walls’ mold. Hence, a numerical procedure is developed to evaluate the heat transfer coefficients at the metal/mold interface. Therefore, it will be possible to verify the influence of several parameters of continuous casting process on the behavior of the heat transfer coefficient at the metal/mold interface. Based on this study, equations to determine the overall heat transfer coefficient at the metal/mold interfaces as a function of process variables, such as steel chemical composition and casting speed, are suggested. Measurements of the lingot surface temperature are also obtained using an optical pyrometer along with the secondary and the radiation/natural convection cooling zones. Therefore, it was possible to obtain the heat transfer coefficients in all the three zones. Using the obtained coefficients, it was possible to simulate the solidification process in continuous casting machine thorough the analysis of the temperature profile and solidified shell thickness for the investigated machine. Based on the results and standard quality criteria from the literature, it was possible to identify operational conditions capable of generating possible cracks and operational problems to the continuous casting process. Therefore, based on the simulated results, operational and structural parameters to improve the Continuous Casting process are suggested.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/54510
metadata.dc.type: Dissertação
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