Prediction of qualitative parameters of slab steel ingot using numerical modelling

Predicción de los parámetros cualitativos del lingote de acero mediante modelización numérica

El artículo describe la verificación de la fundición y solidificación de lingotes pesados de 40 t de acero para herramientas mediante modelización numérica con utilización de un método de elementos finitos. Se describen las fases de preprocesamiento, procesamiento y postprocesamiento de la modelización numérica. También se discuten los problemas con la determinación de las propiedades termodinámicas de los materiales y con la determinación de la transferencia de calor entre las partes individuales del sistema de fundición. Se predijo la porosidad final, la macrosegregación y el riesgo de grietas. Los resultados permitieron utilizar el lingote desbastado en lugar del lingote de acero pesado convencional y mejorar la relación, el chaflán y la forma externa de la pared del nuevo diseño del lingote desbastado.

INTRODUCCIÓN

Las chapas, bloques y varillas de acero grueso forjado se utilizan ampliamente para componentes de máquinas especiales para aplicaciones exigentes. Estas piezas forjadas deben ser de muy alta calidad, deben estar libres de contracción, porosidad, segregación, grietas, etc. En realidad, estas piezas forjadas se producen obviamente a partir de lingotes pesados de forja convencional en los que cabe esperar una macroestructura de colada no uniforme típica de un lingote, así como la macroestructura, resultado de la deformación plástica durante el proceso de conformado posterior [1].

La principal condición previa de la competitividad de cualquier planta siderúrgica es la producción de una alta calidad constante. Para lograr la alta calidad de los lingotes pesados de acero finales, se puede utilizar la tecnología de refundición por electrofusión (ESR) [2], o bien nuevas tecnologías no convencionales (como, por ejemplo, la refrigeración intensiva por agua [3]). Como también demuestran los resultados de los estudios realizados, por ejemplo, por los autores [4], el tamaño del defecto central depende en gran medida de la forma del lingote.

Debido al tamaño de las piezas forjadas (placas de acero gruesas, bloques, etc.), sería interesante producir estas piezas forjadas a partir de lingotes de desbaste. Es posible que la producción de piezas forjadas a partir de lingotes de desbaste (que se distinguen por una relación de aspecto característica A/B) reduzca la aparición de segregaciones. Una de las formas de monitorizar y optimizar los pasos de producción, desde la colada hasta el proceso de conformado, es el uso de métodos de modelización numérica [5,6].

En este estudio, se simularon numéricamente la colada y la solidificación de un lingote pesado de 40 Mg de acero para herramientas utilizando un método de elementos finitos. Al comparar el lingote slab con el lingote de acero pesado convencional, se evaluaron la porosidad final, la macrosegregación final y el riesgo de aparición de grietas en el interior del lingote slab. Además, se diseñó la nueva forma del lingote desbastado.