Simulation study on effect of chassis water cooling on solidification of eleven tons flat steel ingot

Estudio de simulación del efecto de la refrigeración por agua del chasis en la solidificación de un lingote plano de acero de once toneladas

En este artículo, se simula el proceso de solidificación de un lingote de acero plano de once toneladas mediante el software de análisis de elementos finitos PROCAST, y se analiza y compara el estado de solidificación del lingote con y sin chasis. Los resultados muestran que el chasis de enfriamiento forzado hace que el área de baja temperatura del lingote inferior aumente. Y tiene poca influencia en el campo de temperatura y la velocidad de solidificación del lingote superior. Para el lingote de acero plano pequeño, el chasis de enfriamiento forzado deteriorará la contracción.

INTRODUCCIÓN

La calidad interna del lingote de acero plano repercute directamente en los productos laminados de chapa gruesa. Y la calidad interna del lingote depende a menudo de sus condiciones externas de enfriamiento. Por lo tanto, el control del enfriamiento del lingote es particularmente importante en la producción de lingotes de acero [1-3]. El método de enfriamiento por agua del chasis puede reforzar la intensidad de enfriamiento del fondo del lingote de acero, cambiar el campo de temperatura, hacer que la isoterma se mueva hacia arriba e influir en el ángulo del frente de solidificación, lo que favorece el cambio de la segregación y soltura del lingote, y puede aplicarse a varios procesos de colada [4-6]. En este trabajo, se estudia el efecto del enfriamiento forzado inferior en el proceso de solidificación del lingote de once toneladas. Se analiza el cambio del campo de temperatura y la distribución interna de la soltura del lingote de acero plano.

ESTABLECIMIENTO DEL MODELO DE CÁLCULO

Modelo geométrico y partición de la rejilla

En este trabajo se simula el proceso de solidificación de un lingote de acero plano de once toneladas. El modelo geométrico se muestra en la Figura 1.

La partición de la malla del modelo se muestra en la Figura 2. El número de nodos de la malla es de 84.842 y el número de elementos tetraédricos es de 401.458.

Ecuación de gobierno y establecimiento de las condiciones de simulación

La ecuación rectora de la transferencia de calor [6]:

​$\rho c\begin{array}{c}\partial T\\ \partial t\end{array}=\begin{array}{c}\partial \\ \partial x\end{array}\left(\lambda \begin{array}{c}\partial T\\ \partial x\end{array}\right)+\begin{array}{c}\partial \\ \partial y\end{array}+\left(\lambda \begin{array}{c}\partial T\\ \partial y\end{array}\right)+\begin{array}{c}\partial \\ \partial z\end{array}+\left(\lambda \begin{array}{c}\partial T\\ \partial z\end{array}\right)$   (1)

Donde T es la temperatura / °C, ρ es la densidad del acero / kg/ m³, λ es la conductividad térmica / W/m/°C, c es el calor específico / J/kg/K.

El cálculo del flujo de calor es

Q = h × (Tm - Tc) (2)

Donde q es el flujo de calor / W/m², Tm es la temperatura de la superficie del molde / °C, Tc es la temperatura ambiente / °C, h es el coeficiente global de transferencia de calor / W/m² /°C.