Análise da transferência de calor durante a solidificação de aços em moldes no lingotamento contínuo

Abstract

Na produção de aço pelo processo de lingotamento contínuo, as condições de resfriamento ao qual o lingote está submetido quando em contato com a superfície do molde, influenciam na qualidade do aço lingotado e na produtividade. A determinação e análise dos coeficientes de transferência de calor são necessárias para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem na interface metal/molde. Esse trabalho teve como objetivo a utilização de um modelo matemático de solidificação para lingotamento contínuo de aços e do levantamento das condições de transferência de calor entre metal lingotado/molde para uma planta industrial. Medidas de temperatura nas paredes de moldes da máquina de lingotamento contínuo foram obtidas durante a operação de lingotamento, por meio de termopares estrategicamente posicionados ao longo do comprimento do molde e nas faces do mesmo. Foram analisados lingotes de seção quadrada de 240 x 240 mm, 180 x 180 mm e 150 x 150 mm. Desenvolveu-se um algoritmo (aplicativo) consistindo de um modelo matemático em MDF e do modelo de condução de calor inverso, baseado no método de confronto de perfis térmicos experimentais/simulados, usado para determinação dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde. Com as seqüências de corridas monitoradas com o molde instrumentado, e o levantamento dos dados de processo, foi possível obter resultados para correlacionar os principais parâmetros de processo com o comportamento dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (hi). Dessa forma, equações foram obtidas para determinar os coeficientes de transferência de calor para diferentes moldes e variáveis do processo, tais como: velocidade de lingotamento, composição química do aço, conicidade e seção do molde. O trabalho permitiu a realização de aferições finais no programa de simulação do processo de lingotamento contínuo de aços, chamado InALC, o qual vem sendo desenvolvido, com dados experimentais obtidos em uma máquina de lingotamento contínuo de uma planta industrial.

In the steel production by continuous casting process, the ingot cooling conditions to which the ingot is submitted when in contact with the mould surface, have influence in the quality steel and productivity. The determination and analysis of the heat transfer coefficients are necessary for a better understanding of the phenomena that occur in the metal/mold interface. That work has as objective the development of a mathematical model of solidification in the continuous casting of steels through the transfer heat conditions between metal and mould during casting in an industrial plant obtained from the development and application of an experimental methodology. Experimental measurements of temperatures in the mould walls of the continuous casting machine were performed during the casting operation by the use of thermocouples strategically positioned along of the moulds length and in the differente faces in contact with the ingots of squared section of 240 x 240 mm, 180 x 180 mm and 150 x 150 mm. An inverse heat conduction model has been used for determination of heat transfer coefficients at the metal / mold interface based on a method of confront of experimental/simulated thermal profiles. With the sequences of heat monitored with the instrumented mold, and the capture of the process data, it was possible to obtain results that correlate the main parameters of the process with the behavior of heat transfer coefficients (hi) at the interface metal / mold. Thus, equations were obtained permitting the determination of heat transfer coefficients for different moulds and process variables, such as: casting speed, chemical composition of the steel, mould taper and mould section. The work allowed the execution of final checking in the simulation program of continuous casting process of steels, InALC, which has been developed, with experimental data obtained in a continuous casting machine of an industrial plant.