Title

Modelagem integrada de transferência de calor e termodinâmica computacional para a previsão da formação de trincas transversais nos cantos de placas de aço fundido contínuo

Integrated heat transfer and computational thermodynamics modeling for the prediction of the formation of transverse corner cracks in continuous cast steel slabs

Authorship

SOUZA, BRUNA TALISSA DE MORAIS; ANTUNES, THIAGO HAENEL; PEREIRA, LUIS GUSTAVO GOMES; NASCIMENTO, ROBSON LUIS DA SILVA; LOUHENKILPI, SEPPO; SILVA, ANDRE LUIZ VASCONCELLOS DA COSTA E

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PEREIRA, LUIS GUSTAVO GOMES

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NASCIMENTO, ROBSON LUIS DA SILVA

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LOUHENKILPI, SEPPO

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SILVA, ANDRE LUIZ VASCONCELLOS DA COSTA E

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DOI

10.5151/2594-5300-43302

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Abstract

A ocorrência de trincas transversais de canto em aços microligados de alta qualidade, mesmo com baixa frequência, exige medidas adicionais, como escarfagem complementar e condicionamento de placas, para garantir a qualidade superficial requerida do produto final. Isso aumenta os custos de processamento e pode reduzir a eficiência produtiva. O problema é agravado quando são lingotados aços com composição próxima à faixa peritética. Como o problema não ocorre com frequência, a melhor forma de encontrar uma rota de melhoria é por meio de modelagem, a fim de analisar a importância relativa dos diversos parâmetros de processamento e determinar condições que evitem a ocorrência do problema. Neste trabalho, dois casos industriais de um aço microligado ao Nb(TiV) foram analisados utilizando um modelo que descreve a transferência de calor no veio com base nas condições de resfriamento impostas no molde e nas diferentes zonas da máquina de lingotamento: um caso apresentando trincas transversais e outro sem trincas. Os resultados foram acoplados a cálculos de termodinâmica computacional para avaliar o comportamento de solidificação, a evolução microestrutural e índices de qualidade relacionados à formação de trincas. Os resultados indicam que o caso com trincas está associado a um resfriamento mais severo nos cantos, a gradientes térmicos mais intensos e a elevada susceptibilidade relacionada à composição próxima à faixa peritética. A análise sugere duas principais ações corretivas: reduzir a intensidade do resfriamento após a saída do molde e ajustar finamente a composição-alvo do aço para reduzir variações bruscas de volume durante a solidificação, mantendo a qualidade desejada do produto. O trabalho mostra que o uso de modelagem pode evitar longos testes de produção e pode ajudar a aumentar a produção do produto e a eficiência produtiva com custos relativamente baixos.

The occurrence of transverse corner cracks in high quality microalloyed steel, even with low frequency, requires extra measures as additional scarfing and slab conditioning to guarantee the required surface quality of the final product. This increases processing costs and may reduce production efficiency. The problem is aggravated when steels with compositions close to the peritectic range are cast. As the problem does not occur frequently, the best way to find an improvement route is through modeling, to analyze the relative importance of the various processing parameters and determine conditions that prevent the occurrence of the problem. In this paper, two industrial cases of a Nb(TiV) microalloyed steel were analyzed using a model that describes heat transfer in the strand with basis on the cooling conditions imposed in the mold and different zones of the caster: one case presenting transversal cracks and the other without cracks. The results were coupled with computational thermodynamics calculations to evaluate solidification behavior, microstructural evolution, and cracking-related quality indexes.The results indicate that the cracked case is associated with more severe corner cooling, stronger thermal gradients, and high susceptibility related to composition close to the peritectic range. The analysis suggests two main corrective actions: reducing the intensity of cooling after the mold exit and fine tuning the target steel composition to reduce sudden volume changes during solidification while maintaining the desired product quality. The work shows that the use of modelling can prevent long production trials and can help enhance product production and production efficient with relatively low costs.

Keywords

Lingotamento continuo, Modelagem, Solidificação, trincas

Continuous casting, Modeling, Solidification, Cracks