Title

MODELAGEM NUMÉRICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO LINGOTAMENTO CONTÍNUO: FÓRMULAS MATEMÁTICAS, ESTUDO DE PARÂMETROS E EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO

ACCURATE MODELLING OF HEAT TRANSFER IN CONTINUOUS CASTING: MATHEMATICAL FORMULAS, PARAMETER STUDY AND EFFECT OF STEEL GRADE

Authorship

Karlinski, Vinicius; Louhenkilpi, Seppo; Spim, Jaime Alvares

Karlinski, Vinicius

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Louhenkilpi, Seppo

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Spim, Jaime Alvares

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DOI

10.5151/2594-5300-0035

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Abstract

Muitos modelos de transferência de calor foram desenvolvidos durante os últimos anos. Eles são fáceis de serem usados e convenientes para simulação de todo processo de lingotamento. A exatidão dos modelos depende de muitas coisas como, por exemplo, as condições de contorno, propriedades dos materiais assim bem como de parâmetros, simplificações e suposições dos modelos. O propósito geral desse trabalho é estudar a exatidão das simulações da transferência de calor. Uma curta revisão de modelos de transferência de calor é apresentada assim como os itens que afetam a exatidão. A sensibilidade de importantes parâmetros de modelo assim como as condições de contorno foram estudadas usando os dois modelos de transferência de calor desenvolvidos pela UFRGS e pela TKK. O efeito e sensibilidade das propriedades dos materiais dos aços nos resultados são estudados fazendo simulações com diferentes qualidades de aços. As propriedades dos materiais para aços são calculados usando um modelo específico, IDS, desenvolvido pela TKK. Validações industriais também foram executadas. Os resultados mostram que a exatidão das simulações da transferência de calor no lingotamento contínuo requer medidas exatas para caracterizar as condições de contorno, temperaturas e propriedades dos materiais dependentes da composição química, otimização de parâmetros do modelo numérico, e validação com medidas em planta. Os cálculos mostraram também que ambos os modelos (UFRGS e TKK) deram resultados bons e similares e podem ser usados para simulações exatas se os parâmetros de modelo, as condições de contorno e propriedades dos materiais forem definidas corretamente.

A lot of heat transfer models for continuous casting have been developed during the last years. They are easy to use and convenient for simulating the whole casting process. The accuracy of the models depends on many things as for instance on the boundary conditions, materials properties as well as on the model parameters, simplifications and assumptions. The general purpose of this presentation is to study the accuracy of the heat transfer simulations. A short review of the heat transfer models is presented as well as the items affecting the accuracy. The sensitivity of the important model parameters as well as the boundary conditions is studied using the two heat transfer models developed by UFRGS (Federal University of Rio Grande do Sul) and by TKK (Helsinki University of Technology). The effect and sensitivity of the steel material properties on the results is studied by making simulations with different steel grades. The material properties for steels are calculated using a specific model, IDS, developed by TKK. Industrial validations are also carried out. The results showed that the accurate simulations of heat transfer in continuous casting require accurate measurements to characterize the boundary conditions, temperature and alloy- dependent material properties, optimization of numerical and model parameters, and validation with plant measurements. The calculations also showed that both of the models (UFRGS and TKK) gave good and similar results and can be used for accurate simulations if the model parameters, boundary conditions and material properties are correctly defined.

Keywords

Lingotamento contínuo; Solidificação; Transferência de calor, Simulação numérica.

Continuous casting; Solidification; Heat transfer; Numerical simulation.