Desenvolvimento de um modelo de transferência de calor e solidificação de placas no processo de lingotamento contínuo

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: André Afonso Nascimento
• Orientador(a): Roberto Parreiras Tavares
• Banca de defesa: Aline Lima da Silva, Sérgio Luiz de Souza Costa
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
• Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Solidificação; Lingotamento contínuo; Modelo matemático; Transferência de calor
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/31563

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.