Submitted by Camilla Gandine Gonçalves null (camilla.gandine@yahoo.com.br) on 2016-08-23T02:19:17Z No. of bitstreams: 1 TESE_CAMILLA GANDINE GONCALVES_22082016.pdf: 2592904 bytes, checksum: 8d046da87d339892a84ca5bd145a19ec (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-24T17:36:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 goncalves_cg_dr_guara.pdf: 2592904 bytes, checksum: 8d046da87d339892a84ca5bd145a19ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-24T17:36:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 goncalves_cg_dr_guara.pdf: 2592904 bytes, checksum: 8d046da87d339892a84ca5bd145a19ec (MD5) Previous issue date: 2016-08-02 / O objetivo deste trabalho é estudar a oscilação do molde na produção de tarugos por lingotamento contínuo e a sua consequência na qualidade do produto final, através de modelamento matemático. A oscilação do molde origina um defeito superficial conhecido como marca de oscilação. O modelo da formação das marcas considera três partes: térmica, mecânica dos fluidos e mecânicos dos sólidos. São consideradas as fases sólida e pastosa, até certa fração sólida, como resistentes aos esforços advindos da oscilação, e que o raio do menisco é não estacionário. Verifica-se que o aumento do curso de oscilação do molde aumenta a profundidade das marcas de oscilação, o aumento da frequência de oscilação tem comportamento ascendente até um ponto máximo, seguido de descendente, enquanto o aumento da velocidade de lingotamento aumenta a profundidade das marcas, desde que a frequência e curso sejam mantidos constantes. O estripamento negativo aparenta ser função de todas as demais variáveis de processo. / This work aims to study the mold oscillation in continuous casted billets and its consequence on the final product quality throw mathematical modeling. The mold oscillation causes a surface defect known as oscillation marks. The model of oscillation marks formation is divided in three parts: thermal, fluid mechanics and mechanics of solids. Two phases, solid and mushy steel above to a certain solid fraction are considered as having mechanical strength, and the meniscus radius is non stationary. It appears that the increasing in stroke increases the depth of the oscillation marks, increasing the oscillation frequency is upward behavior up to a maximum point, followed by descending, while increasing the casting speed increases the depth of oscillation marks, if frequency and stroke is kept constant. The negative strip time appears to be a function of all other process variables.

Resumo: O presente trabalho tem por objetivo apresentar uma nova proposta de produção do aço para molas de válvulas para motores de combustão interna SAE 9258. Atualmente, este aço é produzido pela rota de lingotamento convencional, e pretende-se adotar o processo de lingotamento contínuo, mantendo-se todas as características mecânicas e metalúrgicas do aço produzido convencionalmente. Cuidados especiais durante o processo de refino secundário (fase líquida) foram levados em consideração para que sejam obtidas inclusões de silicatos deformáveis, essenciais para se conseguir uma vida em fadiga segura para as molas durante a vida útil do motor. Para avaliar essas características do aço foram feitas análises metalográficas da microestrutura em amostras na fase de processamento do aço (fio-máquina) e na fase final do processo (arames), realizados ensaios de tração, ensaios de fadiga axial em corpos-de-prova padronizados (ASTM E 466), ensaios de fadiga por flexão rotativa no arame (Nakamura test), ensaio de fadiga nas molas e análise das superfícies de fratura por fadiga com auxílio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), para as duas rotas de produção (lingotamento convencional e contínuo). Os resultados obtidos mostram que não há diferenças com relação a microestrutura, propriedades mecânicas e comportamento em fadiga do aço na fase final de produção (arame) e na forma de produto (molas). Por outro lado, os resultados obtidos para o aço na fase intermediária do processamento (fiomáquina) mostram diferenças com relação à microestrutura, (presença de maior quantidade de carbonetos nas amostras do lingotamento contínuo), e menor redução de área com a consequente redução da resistência à fadiga. / Abstract: This paper aims to present a new proposal for production of steel for valve springs for internal combustion engines SAE 9258. Currently this steel is produced by ingot casting route, and intended to adopt the continuous casting process, maintaining all the mechanical and metallurgical characteristics of the steel produced conventionally. Special attention during the process of refinement (liquid phase) were taken into account are obtained for silicate inclusions deformable essential to achieving a safe fatigue life for the springs during the life of the engine. To evaluate these features were made of steel metallographic analysis of microstructure in specimens during processing of steel (wire rod) and the final stage (wires) performed tensile tests, axial fatigue tests on specimens standard (ASTM E 466), fatigue tests in rotating bending on the wire (Nakamura test), the fatigue test the springs and examination of the areas of fatigue fracture with the aid of scanning electron microscopy (SEM) for the two production routes (ingot and continuous casting). The results show no differences with respect to microstructure, mechanical properties and fatigue behavior of steel in the final stages of production (wire) and the product form (spring). Moreover, the results obtained for steel in the intermediate stage of processing (wire rod) show differences from the microstructure (the larger amount of carbides in the samples of the continuous casting), lower area reduction with the consequent reduction resistance to fatigue. / Orientador: Aelcio Zangrandi / Coorientador: César Alves da Silva Leandro / Banca: Aelcio Zangrandi / Banca: Carlos Kiyan / Banca: Carlos Moura Neto / Mestre

O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento e aplicação de um software de simulação para o processo de lingotamento contínuo que seja capaz de simular com precisão e confiabilidade a solidificação de tarugos de aço, possibilitando a otimização do processo de fabricação dos produtos siderúrgicos. Para a validação do software, utilizou-se de resultados obtidos experimentalmente de medições de temperaturas em planta e de amostras de aços lingotados. As medidas de temperatura foram realizadas com a inserção de termopares ao longo da parede de moldes e com uso de pirômetro óptico posicionado em diferentes regiões da máquina de LC. O modelo desenvolvido mostrou-se bastante coerente e preciso quando seus resultados foram comparados com os dados experimentais do processo. Foram analisados lingotes de seção quadrada de 240 mm, 180 mm e 150 mm. Com a simulação de uma seqüência de corridas monitoradas foi possível obter resultados para ajuste de parâmetros térmicos como os coeficientes de transferência de calor nas interfaces metal/molde e metal/ambiente. Posteriormente, aferições foram realizadas com dados reais de processo e com outros programas numéricos da literatura aplicados ao processo de LC. Com o programa de simulação devidamente aferido, correlações numéricas e experimentais foram realizadas para verificar a influência de parâmetros térmicos (ρ, c, k, TL, TS), parâmetros de processo (TV, VL, CQ) e parâmetros estruturais (λ1, λ2, TCE) na evolução da casca solidificada e perfil térmico dos tarugos. Dessa forma, equações empíricas que correlacionam esses parâmetros foram analisadas e posteriormente adotadas no programa numérico. / The development and application of simulation software for the continuous casting process is proposed in this work. The heat transfer and solidification models were validated with experimental results of temperature measurements in an industrial plant as well as with steel billets samples. Thermocouples embedded in the mold walls were used to measure temperatures along the mold length and non-contact pyrometers positioned at different locations along the machine were used to monitored the strand surface temperatures. The model seemed to predict quite accurately the continuous casting simulation when calculated results were compared with experimental measurements. In this study, steel billet with square section of 240 mm, 180 mm and 150 mm were analyzed. Some of the monitored heats were used to adjust thermal parameters as the heat transfer coefficients. After, the model results were compared with results from a heat transfer model of literature. With the simulation software properly calibrated, numerical and experimental correlations were performed to analyze the influence of thermal parameters (ρ, c, k, TL, TS), process parameters (TV, VL, CQ) and structural parameters (λ1, λ2, TCE) in the evolution of solidified shell and thermal profile of the billets. Therefore, empirical equations that correlate these parameters were analyzed and subsequently adopted in the numerical model.

A aplicação de modelos matemáticos baseados em técnicas numéricas aumentou com o avanço da informática através da criação de microprocessadores mais velozes e periféricos de armazenamento de dados com grande capacidade. Buscando uma maior produtividade e a melhoria da qualidade final do produto solidificado, propõe-se neste trabalho, desenvolver um modelo computacional de origem físico para o crescimento de grão no Lingotamento Contínuo. O modelo é simulado utilizando o Método de Monte Carlo juntamente com o Método das Diferenças Finitas, com o objetivo de obter e caracterizar a transição colunar-equiaxial através desse método. As simulações foram realizadas utilizando a programação Fortran 90/95 no ambiente Linux através do software Developer Studio e aplicados nos aços SAE 1015 e 1020. A seguir, foram realizadas comparações entre as macroestruturas simuladas e as macroestruturas das amostras dos aços obtidas pelo Laboratório de Fundição (LAFUN) da UFRGS. Destas simulações observou-se que o modelo oferece a possibilidade da simulação de diferentes condições operacionais para prever a evolução macroestrutural de lingotes. / The application of mathematical models based on numerical techniques increased with the advancement of information technology by creating faster microprocessors and peripherals with high data storage capacity. Seeking for a major productivity and the improvement of the final quality of the solidified product. In this assignment, the development of a computational model with a physical origen for the growth of the continuous casting, is proposed. The model is simulated by using the Monte Carlo Method with the Finite Differences Method, the goal is to obtain and characterize the columnar-equiaxed transition through this method. The simulations were performed using the Fortran 90/95 programming in Linux environment using the Developer Studio software and applied to the steel SAE 1015 and 1020. Following it, comparisons were made between the macro and simulated macrostructures of the samples obtained by the Laboratory of Steel Casting - Laboratório de Fundição (LAFUN) at UFRGS. From these simulations, it was observed that the modified model offers the possibility of simulating different operating conditions to predict the evolution of macrostructural ingots.

Pós fluxantes são escórias sintéticas utilizadas no processamento do aço via lingotamento contínuo com o objetivo de promover maior qualidade superficial ao produto lingotado. Para tanto, os pós fluxantes desempenham as seguintes funções: (i) promoção do isolamento térmico e químico do aço, (ii) absorção das inclusões nãometálicas provenientes do aço, (iii) promoção da lubrificação do molde e (iv) controle da transferência de calor entre o aço e o molde. O bom desempenho de cada função está diretamente relacionado às propriedades físicas e químicas que os pós apresentam, as quais são funções de sua composição química. Durante o processo de lingotamento, os pós fluxantes sofrem alterações em sua composição original proporcionadas por diferentes mecanismos que afetam as propriedades dos pós fluxantes. Um dos principais mecanismos responsáveis pelas alterações da composição das escórias é a interação química que ocorre entre o aço líquido e o pó fluxante fundido. Nesse trabalho foram realizadas simulações via aplicativo termodinâmico FactSage com o intuito de avaliar as interações entre metal líquido e escória. Três sistemas simples para a escória – um ternário (CaO-Al2O3-SiO2), um quaternário (CaO-Al2O3-SiO2-MgO) e um quinário (CaO-Al2O3-SiO2-MgO-Na2O) – e uma liga de Fe saturada em alumínio e oxigênio – 0,1%, 0,01% e 0,001% de Al – foram escolhidos para a realização das simulações, visando avaliar o incremento de Al2O3 da escória através da interação entre o alumínio dissolvido no ferro e a sílica presente na escória. O aumento do teor de alumina na escória foi quantificado para cada um dos três sistemas estudados em função do teor de Al e da razão S/M (kg de pó fluxante/t de metal líquido). Foram realizadas curvas de resfriamento para as escórias – que sofreram alterações em sua composição – para avaliar a influência da variação da composição sobre o comportamento de solidificação destas, baseadas em diagramas pseudobinários. Por fim, foram realizados cálculos de viscosidade para estas escórias através do modelo IRSID, para analisar a influência da composição sobre a viscosidade. Mostrou-se, para as condições escolhidas, que as alterações da composição química das escórias devido às interações entre metal líquido e escória são significativas, afetando as propriedades dos pós fluxantes, tais como seu comportamento de solidificação e sua viscosidade. / Mold powders are synthetic slags used in steel processing via continuous casting in order to promote greater surface quality to casting product. Thus, the mold powders perform the following functions: (i) promotion of the thermal and chemical insulate of steel, (ii) absorption of non-metallic inclusions from the steel, (iii) promotion of the lubrication of the mold and (iv) control of the heat transfer between steel and mold. The good performance of each function is directly related to physical and chemical properties presented by the powders, which are functions of their chemical compositions. During casting process, the mold powders undergo changes in their original composition provided by different mechanisms that affect the properties of mold powders. One of the main mechanisms responsible for changes in the composition of the slag is the chemical interaction that occurs between liquid steel and molten mold powders. In this work, simulations were carried out via thermodynamics software FactSage with the purpose of evaluating the interactions between the liquid metal and slag. Three simple systems – a ternary (CaO-Al2O3-SiO2), a quaternary (CaO-Al2O3- SiO2-MgO) and a quinary (CaO-Al2O3-SiO2-MgO-Na2O) – and a Fe alloy saturated with aluminum and oxygen – 0,1%, 0,01% and 0,001% Al – were chosen to perform the simulations in order to evaluate the increase of Al2O3 in slag through the interaction between the dissolved aluminum in iron and silica present in the slag. The increase of alumina content in the slag was quantified for each of the three systems studied as a function of Al content and the ratio S/M (mold powder kg/t liquid metal). Cooling curves were performed for slags – that suffered changes in their composition – to assess the influence of the composition variation on the behavior of slags, based on the pseudo-binary diagrams. Calculations of viscosity for these slags through the IRSID model to analyze the influence of chemical composition on the viscosity were performed. For the conditions chosen, it was shown that changes in chemical composition of the slag due to interactions between liquid metal and slag are significant, affecting the properties of fluxing powders, such as the solidification behavior and viscosity.

O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento e aplicação de um software de simulação para o processo de lingotamento contínuo que seja capaz de simular com precisão e confiabilidade a solidificação de tarugos de aço, possibilitando a otimização do processo de fabricação dos produtos siderúrgicos. Para a validação do software, utilizou-se de resultados obtidos experimentalmente de medições de temperaturas em planta e de amostras de aços lingotados. As medidas de temperatura foram realizadas com a inserção de termopares ao longo da parede de moldes e com uso de pirômetro óptico posicionado em diferentes regiões da máquina de LC. O modelo desenvolvido mostrou-se bastante coerente e preciso quando seus resultados foram comparados com os dados experimentais do processo. Foram analisados lingotes de seção quadrada de 240 mm, 180 mm e 150 mm. Com a simulação de uma seqüência de corridas monitoradas foi possível obter resultados para ajuste de parâmetros térmicos como os coeficientes de transferência de calor nas interfaces metal/molde e metal/ambiente. Posteriormente, aferições foram realizadas com dados reais de processo e com outros programas numéricos da literatura aplicados ao processo de LC. Com o programa de simulação devidamente aferido, correlações numéricas e experimentais foram realizadas para verificar a influência de parâmetros térmicos (ρ, c, k, TL, TS), parâmetros de processo (TV, VL, CQ) e parâmetros estruturais (λ1, λ2, TCE) na evolução da casca solidificada e perfil térmico dos tarugos. Dessa forma, equações empíricas que correlacionam esses parâmetros foram analisadas e posteriormente adotadas no programa numérico. / The development and application of simulation software for the continuous casting process is proposed in this work. The heat transfer and solidification models were validated with experimental results of temperature measurements in an industrial plant as well as with steel billets samples. Thermocouples embedded in the mold walls were used to measure temperatures along the mold length and non-contact pyrometers positioned at different locations along the machine were used to monitored the strand surface temperatures. The model seemed to predict quite accurately the continuous casting simulation when calculated results were compared with experimental measurements. In this study, steel billet with square section of 240 mm, 180 mm and 150 mm were analyzed. Some of the monitored heats were used to adjust thermal parameters as the heat transfer coefficients. After, the model results were compared with results from a heat transfer model of literature. With the simulation software properly calibrated, numerical and experimental correlations were performed to analyze the influence of thermal parameters (ρ, c, k, TL, TS), process parameters (TV, VL, CQ) and structural parameters (λ1, λ2, TCE) in the evolution of solidified shell and thermal profile of the billets. Therefore, empirical equations that correlate these parameters were analyzed and subsequently adopted in the numerical model.

A aplicação de modelos matemáticos baseados em técnicas numéricas aumentou com o avanço da informática através da criação de microprocessadores mais velozes e periféricos de armazenamento de dados com grande capacidade. Buscando uma maior produtividade e a melhoria da qualidade final do produto solidificado, propõe-se neste trabalho, desenvolver um modelo computacional de origem físico para o crescimento de grão no Lingotamento Contínuo. O modelo é simulado utilizando o Método de Monte Carlo juntamente com o Método das Diferenças Finitas, com o objetivo de obter e caracterizar a transição colunar-equiaxial através desse método. As simulações foram realizadas utilizando a programação Fortran 90/95 no ambiente Linux através do software Developer Studio e aplicados nos aços SAE 1015 e 1020. A seguir, foram realizadas comparações entre as macroestruturas simuladas e as macroestruturas das amostras dos aços obtidas pelo Laboratório de Fundição (LAFUN) da UFRGS. Destas simulações observou-se que o modelo oferece a possibilidade da simulação de diferentes condições operacionais para prever a evolução macroestrutural de lingotes. / The application of mathematical models based on numerical techniques increased with the advancement of information technology by creating faster microprocessors and peripherals with high data storage capacity. Seeking for a major productivity and the improvement of the final quality of the solidified product. In this assignment, the development of a computational model with a physical origen for the growth of the continuous casting, is proposed. The model is simulated by using the Monte Carlo Method with the Finite Differences Method, the goal is to obtain and characterize the columnar-equiaxed transition through this method. The simulations were performed using the Fortran 90/95 programming in Linux environment using the Developer Studio software and applied to the steel SAE 1015 and 1020. Following it, comparisons were made between the macro and simulated macrostructures of the samples obtained by the Laboratory of Steel Casting - Laboratório de Fundição (LAFUN) at UFRGS. From these simulations, it was observed that the modified model offers the possibility of simulating different operating conditions to predict the evolution of macrostructural ingots.

O presente estudo teve como objetivo a obtenção de equações empíricas permitindo a correlação da morfologia estrutural de aços com os parâmetros de solidificação: variação dos espaçamentos dendríticos secundários com a posição (l2xP) e variação dos espaçamentos dendríticos secundários com as taxas de resfriamento (l2x •T), como também o desenvolvimento de uma metodologia para determinação do início de transição colunarequiaxial e sua relação com a seção e composição química do aço. Para isso foram utilizadas técnicas de metalografia e um sistema de aquisição de imagens para a análise de macro e microestrutura (transição colunar-equiaxial, espaçamentos dendríticos secundários), de aços especiais obtidos por lingotamento contínuo. Foram selecionadas amostras retiradas de lingotes com três diferentes seções: 150x150mm, 180x180mm e 240x240 mm, englobando aços com diferentes valores de carbono equivalente, totalizando nove qualidades analisadas. Simulações foram geradas empregando um software do lingotamento contínuo (InALC), obtendo-se resultados das condições de solidificação em relação a taxas de resfriamento ( •T), para os parâmetros operacionais (composição química, velocidades e temperaturas de lingotamento). As equações dos parâmetros microestruturais obtidas experimentalmente foram implementadas no software InALC+, permitindo simulações também com previsão estrutural para os aços analisados. Pode-se concluir que o aumento da seção proporcionou maiores zonas colunares, independente da composição química dos aços, e que para um teor de carbono equivalente de 0,11%Ceq observou-se uma relação direta e linear entre os valores de início de TCE, tamanho da seção e taxa de resfriamento. As equações para EDS em função da distância para aços com valores de Ceq iguais apresentaram maiores valores na seção de 240 mm e 180 mm, seguidos pela seção de 150 mm. Nas equações de EDS em função da taxa de resfriamento simulada para aços com valores de Ceq iguais a 0,11%Ceq, os maiores valores de EDS ocorrem na seção 150mm, seguido pela seção 240mm e 180mm. Na comparação dos aços com valores de carbono equivalente em torno de 0,40%Ceq, o valor de EDS apresentou um aumento em função do aumento das seções. Em comparação a aços de mesma seção, as equações apresentaram um aumento do valor de EDS em função do aumento do Ceq. / The objective of this study was to obtain empirical equations permitting the relationships between as-cast structural morphology and solidification conditions: variation of the secondary dendrite arm spacings with positions (l2xP), variation of the secondary dendrite arm spacings with cooling rates (l2x • T ), as well as to develop a methodology to determine the start of the colunar-equiaxed transition and its correlation with mold section and chemical composition of the steel. Metallographic techniques and image acquisition system were used to analyze both macrostructures and microstructures (colunar-equiaxed transition and secondary dendrite arm spacings) of special steels produced by continuous casting. Transversal specimens were cut from the solidified ingots with different sections: 150x150mm, 180x180mm e 240x240mm, and with different equivalent carbon, totalizing nine steel types. Based on a heat transfer and solidification mathematical model of the continuous casting process (InALC+), results have been developed correlating the cooling rates as a function of operational parameters (chemical composition, casting speed and casting temperature). The correlation of these expressions with experimental equations relating dendrite spacings and colunar-equiaxed transition were implemented into the InALC+ software, providing an insight into the preview of structural characteristics for special steels. It can be concluded that the increasing of the section lead to bigger columnar zones, independent of the chemical compositions of the steels, and for 0.11%Ceq it was observed a direct and linear relation between the initial of the columnar-equiaxed transition, strand section and cooling rate. The expressions for SDAS in function of the distance for steels with equals Ceq presented bigger values for 240 and 180 mm, followed by 150 mm. In the expressions for SDAS in function of the simulated cooling rate for steels with 0.11%Ceq the bigger values were observed to 150 mm followed by 240 and 180 mm. In the comparison between the steels with 0.40% Ceq the SDAS values presented an increase in function of the increase of the section. For the same section the expression presented an increase in the SDAS value in function of the increase of the Ceq.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-09-27T11:59:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERT_Francisco_Diego_Araruna_da_Silva.pdf: 17898343 bytes, checksum: abfd80794cd6d40a804ad123aa5fb4e4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T11:59:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERT_Francisco_Diego_Araruna_da_Silva.pdf: 17898343 bytes, checksum: abfd80794cd6d40a804ad123aa5fb4e4 (MD5) Previous issue date: 2016-05-24 / O processo de lingotamento contínuo tem sido empregado em larga escala na indústria do aço no mundo inteiro. A necessidade de elevados patamares de competitividade na indústria do aço tem levado à utilização cada vez mais frequente, por parte daqueles que utilizam lingotamento contínuo, de ferramentas de modelagem matemática da solidificação. A literatura possui diversas referências acerca da construção de modelos matemáticos da transferência de calor no lingotamento contínuo. Entretanto, ainda existem poucos trabalhos mostrando a utilização desses modelos na resolução de problemas metalúrgicos reais, como os de qualidade e estabilidade do processo. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo empregar um modelo matemático de transferência de calor para propor melhorias em uma máquina de lingotamento contínuo utilizada na fabricação de tarugos de aço. Para a validação do modelo, foi realizado um comparativo de simulações com seis diferentes equações do coeficiente de transferência de calor (hg) disponíveis na literatura – três para o molde e três para a zona de sprays – com os dados reais da máquina. Foi desenvolvida ainda uma ferramenta de otimização da refrigeração secundária (com base no método de Nelder-Mead) que minimiza uma função custo integral construída especificamente para o processo de lingotamento contínuo. Os resultados das simulações com as nove combinações de equações de coeficientes de transferência de calor foram comparadas com dados reais de processo. Esse comparativo contemplou dados de pirometria na saída do molde, zona de sprays e zona de radiação livre, bem como avaliações com base em quatro critérios metalúrgicos de qualidade e processo, no qual foram utilizadas também macrografias de amostras de tarugos. A ferramenta de otimização se mostrou bastante eficiente na definição de parâmetros ótimos da refrigeração secundária, resultando em perfis de temperatura da superfície com baixos níveis de reaquecimento. As análises realizadas com o modelo de transferência de calor mostraram que a inclusão de mais uma zona de sprays (usando vazões por zona definidas pela ferramenta de otimização) e o incremento da seção quadrada para 130x130mm, reduzem a probabilidade de ocorrer trincas por reaquecimento e aumenta a probabilidade da formação uma estrutura equiaxial no centro do tarugo, respectivamente. / The process of continuous casting has been employed on a large scale in the steel industry worldwide. The need for high levels of competitiveness in the steel industry has led to an increasingly use of modeling tools, including those of the continuous casting solidification process. The literature has many references about the construction of mathematical models of heat transfer in continuous casting. However, there are still few studies showing the use of these models to solve real metallurgical problems such as the product quality and process stability ones. The aim of the present work is to employ a heat transfer mathematical model to propose improvements in a continuous casting machine used in the production of steel billets. To validate the model, it was performed a comparative study of between simulations using six different equations for the heat transfer coefficient (hg) available in the literature - three for the mold and three for spray cooling - and the actual data from the machine. It was also developed an optimization tool for the secondary cooling zone (based on the Nelder-Mead method) which minimizes an integral cost function constructed specifically for the continuous casting process. Simulation results using all heat transfer equations combination were compared to real process data. This comparison included temperature data at all three zones (mold exit, spray cooling and radiation), as well as evaluations based on four metallurgical quality and process criteria, using billet macrographs. The optimization tool was very efficient in determining optimum parameters of secondary cooling, resulting in surface temperature profiles with low reheating levels. The analysis performed using the heat transfer model shown that the addition of one more sprays zone (using water flows by zone defined by the optimization tool) and the increase of square section to 130x130mm, reduce the likelihood of reheating midway cracks occurrence and increases the likelihood of forming an equiaxial structure at the center of the billet, respectively.

O fluxante é uma escória sintética que influencia na qualidade superficial do aço e na estabilidade do processo de lingotamento contínuo. Este produto é aplicado diretamente sobre o aço líquido na região do molde de cobre refrigerado a água e atua diretamente no resfriamento primário do aço. O fluxante tem as propriedades físico-químicas adaptadas para cada tipo de aço e também para as condições de lingotamento. Na superfície do aço líquido, o fluxante funde e forma uma poça líquida, atuando como isolante térmico, protegendo o aço da reoxidação e absorvendo inclusões principalmente de Al2O3. A poça líquida escoa, lubrificando e controlando a transferência de calor na interface entre o molde e a pele de aço em solidificação. O problema de qualidade superficial do aço, quando relacionado ao fluxante, se resume a alarmes de colamento, trincas de quina, marcas de oscilação profundas e trincas longitudinais, sendo este último um problema particular do aço médio carbono. Neste trabalho, foram analisados diferentes fluxantes baseados inicialmente no fluxante comercial aplicado no lingotamento contínuo de placas de aço médio carbono. Todos os fluxantes foram desenvolvidos com composições químicas similares. O objetivo foi avaliar o impacto da substituição de fontes de matérias-primas em diferentes composições de modo a avaliar as propriedades físico-químicas com base no fluxante comercial de referência. Como resultado, de todas as propriedades físico-químicas, foi a temperatura de cristalização que sofreu a alteração mais significativa. / The mould flux is a synthetic slag which influences the quality of steel surface and also the stability of the continuous casting process. This product is applied in direct contact with the surface of liquid steel in the region of the water cooled cupper mold and acts directly on the primary cooling of steel. The mould flux has the physical and chemical properties adapted for each type of steel as weel as casting conditions. On the surface of liquid steel, the mould flux melts and forms the liquid pool, working as an insulator, protecting the steel against reoxidation and also absorbing mainly Al2O3 inclusions. The liquid pool flows, lubricating and controlling the heat transfer in the interface between the mold and the steel shell during solidification. The surface quality issues when related with mould flux can cause alarms of breakout, corner cracks, deep oscillation marks, longitudinal cracks that is a particular problem in medium carbon steel grade. In this study, different mould fluxes were investigated and compared to a commercial mould flux applied to the continuous casting of slabs in the medium carbon steel grade. All mould fluxes were developed with a similar chemical composition. The main goal was to evaluate the impact of changing raw material sources on the physicochemical properties of the different mould fluxes and the results was compared with a commercial standard mould flux. As result, variations in the crystallization temperatures were observed more than others properties analyzed.