Title

MODELAMENTO MATEMÁTICO DO TRATAMENTO TÉRMICO DE DESCARBONETAÇÃO DE AÇOS ELÉTRICOS

MATHEMATICAL MODELING OF DECARBURIZING PROCESS OF ELECTRICAL STEELS

Authorship

Castro, José Adilson de; Campos, Marcos Flávio de

Castro, José Adilson de

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Campos, Marcos Flávio de

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DOI

10.5151/2594-5327-0328

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Abstract

Aços semi-processados tem recebido especial atenção nos últimos anos devido a sua vasta aplicação para fins elétricos. Objetivando eliminar o fenômeno de envelhecimento, estes materiais são tratados termicamente em uma atmosfera contendo N2-H2-H2O. Neste trabalho o modelamento matemático do processo de descarbonetação objetivando a previsão de parâmetros tecnológicos importantes é apresentado. O modelamento matemático do processo de descarbonetação foi formulado baseado na equação de transporte de carbono no interior da chapa acoplada às reações químicas que ocorrem na superfície da mesma. Os fenômenos de formação de óxidos na superfície foi considerado, adicionamelte à difusão do carbono e cinética de reações de descarbonetação. Para a simulação do processo foi elaborado um programa em Fortran 90/95 baseado no método de volumes finitos. Resultados de simulação foram comparados com os resultados experimentais para diversas atmosferas e condições de tratamento. Para todos os casos o modelo concorda com os valores experimentais. Resultados utilizando atmosferas apenas com N2-H2-H2O mostraram ser mais adequadas para tratamento de aços de baixo carbono ( abaixo de 50 ppm ), pois promovem a remoção do carbono rapidamente com menor oxidação superficial quando o ponto de orvalho da atmosfera é adequadamente controlado. Resultados de simulação mostraram que em atmosferas controladas pode ser atingido até 5 ppm C em aproximadamente 1,5 h.

Non-oriented semi-processed electrical steels are used for the core of electrical motors. To avoid the magnetic aging phenomena, these materials are usually heat- treated under appropriate atmospheres - (N2-H2-H2O) or (N2-H2-H2O-CO-CO2) - to carbon removal. The kinetics of the decarburization process is function of the different atmospheres, which also have different dew points. Another important decarburization variable is the initial carbon content . To evaluate the effect of these variables on the decarburization, a model was developed using the finite volume method (FVM). This model allows to study the influence of technological parameters like the furnace atmosphere, treatment time and strip thickness on the final carbon content. The model indicates that the control of the reaction is not by the carbon diffusion, and should be attributed to the chemical reaction in the gas-solid interface or to the transport of products and reactants. If the carbon content is small - in such way the steel is ferritic - the carbon is almost uniformly distributed inside the sheet (small carbon gradient). However, if the carbon is high - and austenite is present – the decarburization process will be slower (and with a strong carbon gradient).

Keywords

Descarbonetação, Aços semi-processados, Modelamento matemático.

Electrical steels; Decarburization; Mathematical modeling; Rate equation; Transport equation; Kinetics