Title

SIMULAÇÃO NUMÉRICA NÃO LINEAR DO PROCESSO DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO E DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO

NON-LINEAR NUMERICAL SIMULATION OF THE CONTINUOUS-CASTING PROCESS DURING SOLDIFICATION AND PRODUCT DEVELOPMENT

Authorship

Chimani, Christian; Shan, Guoxin; Wimmer, Franz

Chimani, Christian

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Shan, Guoxin

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Wimmer, Franz

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DOI

10.5151/2594-5300-0022

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Abstract

Recentemente, houve um grande avanço no poder das ferramentas de simulação numérica em engenharia mecânica e no desempenho dos computadores disponíveis. Devido ao fato de que a maior parte das funções naturais é não linear, os modernos softwares de elemento finito permitem a modelagem de processos térmicos e mecânicos complexos, inclusive uma ampla variedade de efeitos não lineares, tais como radiação, efeitos do calor latente, alteração de contato causada termicamente, plasticidade, grandes deformações geométricas e rotações. Todos estes fenômenos são encontrados no processo de lingotamento contínuo, razão pela qual os comportamentos do processo são extremamente não lineares. Visando compreender melhor o processo de lingotamento contínuo e melhorar a qualidade do produto, este artigo apresenta uma breve visão geral dos modelos desenvolvidos e dos respectivos resultados. O artigo aborda a análise conjugada de deslocamento-temperatura para a simulação da solidificação inicial do veio, que é dominada pelo complexo comportamento de contato e separação no molde, particularmente no caso de seções transversais “difíceis”, como esboços para laminação de vigas e perfis redondos. Estes modelos são usados para determinar a conicidade adequada do molde. O efeito de recuperação elástica da curvatura do veio sobre a pressão de contato na camada solidificada no molde é de grande importância no caso de máquinas de lingotamento contínuo de placas largas. Isto pode ser demonstrado em modelos de camada solidificada dobrada por superfícies rígidas. Uma questão intensamente analisada é a identificação dos campos de tensão em inúmeros produtos semi-acabados durante o lingotamento, os quais se devem aos esforços térmicos e mecânicos gerados, por exemplo, pela têmpera e pela redução branda. Para este fim são usados modelos tridimensionais. Foram criados modelos de plano de projeto e engenharia para desempenadeiras em geral, visando computar a distribuição real de força nos rolos de endireitamento e a esperada recuperação elástica na área de saída. Os exemplos demonstram a capacitação da VAI na modelagem termomecânica não linear complexa durante o projeto de máquinas. Um outro aspecto importante é que os modelos podem ser usados para a detecção de problemas em benefício dos clientes.

Recently the power of numerical simulation tools in mechanical engineering and the available computer performance have taken major steps ahead. Because most natural functions are non-linear, modern finite element software allows modeling of complex mechanical and thermal processes, including a wide variety of non-linear effects such as radiation, latent heat effects, thermally caused contact change, plasticity, large geometrical deformations and rotations. These phenomena are all found in the continuous casting process, which is why the process behaviors are extremely non-linear. In order to better understand continuous casting process and improved product quality, this paper provides a brief overview of the developed models and the respective results. The paper deals with coupled displacement-temperature analysis for the simulation of the initial strand solidification, which is dominated by the complex contact and separation behavior in the mold, particularly for “difficult” cross sections such as beam blanks and round sections. These models are used to determine the proper mold taper. The elastic spring-back-effect of strand bending on the strand shell contact pressure in the mold is of great importance in wide slab casters. This can be demonstrated in shell models bent by rigid surfaces. A intensively investigated subject is the identification of stress fields in a number of semi-products during casting that are due to thermal and mechanical loading such as quenching and soft reduction. Three-dimensional models are used for this task. Engineering and design plane models have been created for general straighteners to compute the true unbending roller-force distribution and expected strand spring-back in the run-out area. The examples demonstrate the capabilities of VAI in complex non-linear thermal/mechanical modeling during machine design. It is also important that the models are used for troubleshooting for customer benefits.

Keywords

Lingotamento contínuo; Simulação numérica

Continuous casting; Numerical simulation.