Title

APLICATIVO DE SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE REAQUECIMENTO DE PLACAS EM FORNOS DE VIGA MÓVEL

SOFTWARE FOR MATHEMATICAL SIMULATION OF SLAB REHEATING PROCESS IN WALKING BEAM TYPE FURNACES

Authorship

Santos, Antônio Adel dos; Schiavo, Camilla Pessanha; Giacomin, Cristóvão Nery

Santos, Antônio Adel dos

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Schiavo, Camilla Pessanha

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Giacomin, Cristóvão Nery

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DOI

10.5151/2594-5297-0047

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Abstract

Foi desenvolvido um aplicativo de simulação do processo de reaquecimento de placas em fornos de viga móvel, que calcula a evolução térmica da placa, a espessura da carepa formada e parâmetros teóricos relativos à dissolução de elementos microligantes do aço. O núcleo do simulador é um modelo matemático de aquecimento da placa. Neste modelo foram considerados os modos de transferência de calor por convecção e radiação para a placa, incluindo o efeito sombra das vigas fixas e móveis. Todas as variáveis que influem no aquecimento, tais como temperaturas de zonas e tempo de permanência, temperatura de enfornamento e dimensões da placa, parâmetros de projeto do forno, combustível utilizado e composição química da placa, são levados em conta. A técnica numérica de solução do problema de transferência de calor foi o método dos volumes finitos, esquema implícito alternado linha a linha (algoritmo TDMA – tridiagonal matrix algorithm). O aplicativo foi codificado em VB 6.0, com interfaces amigáveis. O aplicativo possui três módulos: (i) cálculo da evolução térmica, dadas as condições de processo e o tipo de aço; (ii) cálculo das temperaturas de zonas do forno para se atingir as condições de desenfornamento visadas; (iii) cálculo de parâmetros de ajuste do modelo matemático, baseado em experiências de medição de temperatura da placa durante o reaquecimento. O aplicativo é totalmente parametrizado, de forma que pode ser utilizado em qualquer forno similar. Os resultados fornecidos na simulação do reaquecimento são muito úteis na otimização do processo em termos de consumo de combustível, produtividade e ajuste de propriedades mecânicas finais dos produtos.

To simulate the slab reheating process it has been developed a software which predicts slab temperature evolution, scale thickness and theoretical parameters concerning dissolution of microalloys. The core of the simulator is a mathematical model for slab heating. Heat transfer by radiation and convection was considered in the model, which takes also into account shadow effects due to skid and movable beams. All variables influencing slab heating, such as furnace temperature and heating time, slab dimension and charging temperature, furnace design, fuel and steel chemical composition, are considered. Numerical solution of the heat transfer equations was accomplished by the finite volume method, using the implicit scheme TDMA algorithm. The software was coded in VB 6.0 language. This software has three modules: (i) calculation of heating curves, once the furnace temperatures are known; (ii) calculation of furnace temperature of a pre-selected zone in order to achieve a target discharging temperature; (iii) calculation of adjusting constants of the mathematical model by comparing calculated and measured heating curves. The software is fully defined in terms of parameters so that it could be applied to any other similar furnace with minor changes. Results of simulation can be very useful for process optimisation in terms of fuel consumption, productivity and adjustment of final mechanical properties.

Keywords

Fornos de reaquecimento; Modelo matemático; Simulador; Evolução térmica.

Reheating furnaces; Mathematical modelling; Simulator; Thermal evolution.