Título

EFEITO DAS VARIÁVEIS DE PROCESSO NA CONDUÇÃO DE CALOR TRANSIENTE DURANTE A REFUSÃO POR ELETROESCÓRIA

EFFECT OF PROCESS PARAMETERS ON THE TRANSIENT HEAT TRANSFER HEAT DURING THE ELECTROSLAG REMELTING

Autoria

Cristo, Sidinei Colodeti; Martorano, Marcelo Aquino

DOI

10.5151/2594-5300-0017

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Resumo

Um modelo matemático para o processo de refusão por eletroescória (ESR - "electroslag remelting") sob condições transientes foi implementado. Neste modelo, a equação diferencial de condução de calor em coordenadas cilíndricas para regime transiente e considerando a mudança de fase líquido-sólido foi utilizada. A resolução numérica da equação diferencial foi facilitada através de uma mudança de variável que possibilitou fixar- se o tamanho do domínio de cálculo durante o período de crescimento do lingote. Esta equação diferencial foi escrita na forma adimensional, indicando os parâmetros adimensionais importantes para o processo. Realizou-se um estudo paramétrico do modelo examinando-se o efeito de algumas variáveis de processo na geometria da poça de fusão, no tempo local de solidificação (LST) e no comprimento do lingote necessário para o sistema atingir regime estacionário. As variáveis de processo escolhidas para a análise foram: (1) a taxa de refusão; (2) o tipo de material refundido e (3) as condições de extração de calor pelo molde refrigerado. Os resultados mostraram que não é possível definir, para todas as condições industriais, uma única razão entre o comprimento e o raio do lingote no momento em que a poça de fusão atinge estado estacionário. Observou-se ainda que o número de Stefan, que define o tipo de material, tem efeito desprezível na profundidade da poça de fusão e no tempo local de solidificação quando atinge valores maiores do que 0.5.

 

The present paper presents a mathematical model for the electroslag remelting process (ESR) under transient conditions. In this model, the energy equation considering transient heat conduction and phase change in cylindrical was solved numerically to model the heat transfer in the solidified ingot and liquid metal pool. To facilitate the procedure for the numerical solution during ingot growth, the axial coordinate of the cylindrical system was transformed to fix the calculation domain size. A parametric study of the proposed model was carried out to analyze the effect of (1) the melting rate, (2) the type of solidifying material, and (3) the heat extraction by the mold. The effects of these variables were analyzed on the liquid metal pool depth, on the local solidification time (LST), and on the ingot height necessary for the liquid metal liquid to reach steady-state. The model results show that it is not possible to define a unique ratio between the ingot height and ingot diameter in which steady state is reached for all industrial processing conditions. It was also observed that the Stefan number, which defines the type of solidifying material, had a negligible effect on the pool depth and on the LST for values larger than 0.5.

Palavras-chave

Electroslag remelting; Mathematical modeling.

Refusão por eletroescória; Modelagem matemática.