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.

A limpeza dos aços está diretamente associada ao conteúdo de óxidos dos mesmos, sendo que os diferentes tipos de inclusões não-metálicas presentes podem prejudicar desde os processos de fabricação e conformação até as características necessárias para a aplicação do produto final. As inclusões se formam e se modificam ao longo dos processos de fabricação, e estão relacionadas principalmente às práticas de refino secundário e de lingotamento. Essas inclusões estão sempre presentes nos aços, de modo que é impossível se produzir um aço completamente livre das mesmas. Atualmente, existe uma série de pesquisas buscando o desenvolvimento de práticas e de processos para incrementar a limpeza dos aços. Entre essas está o desenvolvimento de novos materiais refratários adequados às diversas etapas de uma Aciaria. Com especial importância na limpeza dos aços estão as práticas e tecnologias aplicadas no lingotamento contínuo. Neste trabalho foi avaliada a influência do uso de nitrogênio injetado através de poros no colo das válvulas submersas sobre a lingotabilidade e limpeza dos produtos laminados a partir de tarugos. Para este estudo foram testadas diferentes vazões de gás e depois mensurado seu efeito. As técnicas utilizadas para a avaliação foram: verificação da abertura dos tampões; índice de sucateamento nas linhas de inspeção; severidade em ultrassom pelo método de imersão; análise dos teores de oxigênio total e nitrogênio e análise pelo método de distribuição de valores extremos da maior inclusão estimada. Os resultados práticos foram então comparados entre os lotes escolhidos para o teste. Verificou-se através dos dados coletados boa compatibilidade entre as diferentes variáveis e coerência dos resultados com os relatos da literatura. O uso de gás nitrogênio se mostrou ser potencialmente benéfico para a melhoria da limpeza e lingotabilidade do aço, apesar de mais testes serem necessários para a validação das hipóteses levantadas. / The steel cleanliness is directly associated to its inclusion content. The different kind of non-metallic inclusion can harm from the manufacturing and forming processes up to the demanding characteristics for the final products. The inclusions are formed and modified along the steel manufacturing process, and they are related mainly to the secondary refining and casting of steel. These inclusions are always present in the steel, so it is hardly possible to produce steels completely free of them. Nowadays, there are several fields of research concerning with the development of practices and processes to improve steel cleanliness. The development of new lining materials which are suitable for each melting shop step is one of these fields. With special importance over the steel cleanliness issue, the practices and technologies applied to the continuous casting process can be cited. In this work, the influence of nitrogen injection though the pores of the submerged entry nozzle over the castability and cleanliness of rolled products was evaluated. For this study, different gas flows were tested and then measured its effects. The techniques used for the evaluation were: stopper rod opening; rejection index during the inspection lines; severity in immersion ultra-sonic inspection; total oxygen and nitrogen content analysis and largest inclusion diameter estimated by extreme values distribution. The practical results for each lot of steel were then compared. It was verified from, the collected data, good compatibility between these different variables and coherency of the results with the experiences reported in the literature. The use of nitrogen gas showed itself to be potentially good for the improvement of cleanliness and castability of steel, though more trials are necessary for the validation of the considered hypothesis.

A importância de um escoamento adequado em distribuidores de lingotamento contínuo, quando o objetivo é produzir aços limpos (clean steels), vem sendo largamente discutida e estudada nas últimas décadas. Esses estudos usualmente são realizados em modelos físicos e/ou numéricos, visto que em unidades industriais são de difícil execução. Nos modelos físicos, os estudos como a simulação da remoção de inclusões para diferentes condições de escoamento tem se mostrado bastante importante para o entendimento do escoamento no distribuidor e seus respectivos artifícios favorecedores de flotação de inclusões. Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento da remoção de inclusões em um modelo físico do distribuidor de lingotamento contínuo de tarugos frente à modificação de escoamento no distribuidor. O ensaio proposto para quantificar a remoção de inclusões envolve a utilização de micropartículas de polietileno para simulação das inclusões sólidas de alumina e peneira metálica como método de captura de inclusões passantes pelo veio do distribuidor. Para fornecer suporte a este estudo, foram realizados estudos de qualificação do escoamento por meio do ensaio de linhas de fluxo e de quantificação dos tempos de residência e frações de volumes característicos por meio do ensaio de distribuição de tempos de residência. A técnica utilizada se mostrou confiável sob o ponto de vista experimental. Como resultados do comportamento da remoção de inclusões frente aos parâmetros estudados, têm-se especificamente para o distribuidor estudado que: o aumento da velocidade de lingotamento, em média, aumentou o porcentual de inclusões passantes de 11,61 (1,8 m/min) para 17,45% (2,6 m/min); a presença do tubo longo, em média, aumentou o porcentual de inclusões passantes de 2,79 (sem tubo longo) para 27,03% (com tubo longo); a presença das barreiras, em média, diminuiu o porcentual de inclusões passantes de 16,16 (sem barreiras) para 13,65% (com barreiras). / When the objective is to produce clean steels, the appropriated melt flow in the tundish is very important. It has been widely discussed and studied by researchers in the lasts decades. Physical and/or mathematical models are used to perform these studies because is very difficult to do it in industrial plants. In the physical models, the studies as the simulation of inclusion removal to different conditions of fluid flow have showed to be very important to understand the tundish and its respective tools to improve the inclusion removal. This work aims to study the behavior of inclusion flotation in a physical model of continuous casting tundish of steel billets in different kinds of fluid flow. The method proposed to quantify the inclusion removal involves the utilization of microparticles of polyethylene to simulate solid alumina inclusion and a metallic sieve in the strand as a method to catch the non-floated inclusions. The quantification of inclusion removal has the support of two others experiments to qualify de flow pattern by visual observation using dye tracer and quantify the residence time distribution of the model using acid tracer. The method used in this work to quantify inclusion removal showed to be reliable from an experimental point of view. As results of the behavior of the inclusion removal, the speed of ingoting increased the non-floated inclusions from 11.61 (1.8 m/min) to 17.45% (2.6 m/min), the presence of the submerged inlet shroud increased the non-floated inclusions from 2.79 (without) to 27.03% (with) and the presence of the dams the non-floated inclusions decreased from 16.16 (without) to 13.65% (with).

A presente pesquisa aborda a utilização de gráficos de controle em processo produtivo com variáveis autocorrelacionadas. Tem como objetivo verificar a estabilidade do processo de lingotamento contínuo na fabricação de tarugos por gráficos de controle aplicados aos resíduos oriundos da previsão dos modelos matemáticos por meio da modelagem linear e/ou não linear. Primeiramente, é observada a existência de correlação entre os dados, utilizandose, então, a Análise de Componentes Principais. Com os dados livres de correlação, testa-se a autocorrelação nas Componentes Principais. A partir desse instante, são aplicados os modelos ARIMA, para encontrar os resíduos nos quais será testada a presença de volatilidade, podendo-se aplicar os modelos ARCH e/ou GARCH. Para exemplificar a metodologia utilizada na pesquisa, foi realizado um estudo de caso em uma empresa do RS, na célula da aciaria, especificamente na máquina de lingotamento contínuo onde são fabricados os tarugos para o Aço DIN20MnCr5, seção quadrada 240 mm. Foi possível a avaliação da estabilidade do processo para as variáveis originais por meio do gráfico . Posteriormente, os dados foram decompostos em Componentes Principais, avaliados por meio dos gráficos de controle e EWMA, indicando as componentes com maior instabilidade e as variáveis com maior influência dentro do novo conjunto de dados. Identificado o conjunto de variáveis, essas foram modeladas, utilizando-se a metodologia de modelos lineares e não lineares para encontrar os resíduos e assim construir os gráficos. Os modelos matemáticos encontrados foram capazes de representar os processos produtivos, possibilitar a compreeensão do comportamento das variáveis e auxiliar na monitoração do processo, e, além disso, mostrar as variáveis que contribuem para que o sistema esteja instável e ocasione a produção de sucata para o aço estudado. / This research addresses the use of control charts in the production process with autocorrelated variables. It aims to determine the stability of the continuous casting process in the manufacture of billets through control charts applied to the residues that come from prediction (of waste) from of mathematical models, by means of (modeling) linear and/or nonlinear modelling. First, it is observed existence of correlation among data, then using Principal Component Analysis. With correlation-free data, the autocorrelation is tested in the Principal Components. From that moment ARIMA models are applied to find residues in which will be tested the presence of volatility maybe applying ARCH and/or GARCH models. To illustrate the methodology used in the survey was conducted a case study at the in a Steel Plant in the State of RS, in the Aciaria cell, specifically in the continuous casting machine where steel billets DIN20MnCr5 square section 240mm are manufactured. It was possible to evaluate the stability of the process for original variables through the graph . Subsequently, data were broken down into Principal Components, evaluated by means of control charts and EWMA, indicating the components with higher instability and variables with greater influence within the new data set. Identied the set of variables, they were modeled using the methodology of linear and nonlinear models to find the residues and thus construct the graphs. Mathematical models were found capable of representing the production process, allowing understanding the variables behavior and assisting in process monitoring; showing the variables that contribute to the system is unstable and causes the scrap production for the steel studied.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do processo de agitação eletromagnética (AE) utilizado no lingotamento contínuo (LC) e nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos aços ABNT 1025 (com adições de manganês e silício) forjados a quente, para a confecção de flanges de tubulações industriais. As matériasprimas fornecidas foram caracterizadas através de composição química e macrografia. Compararam-se os aços provenientes de três condições de fornecimento: 1º) LC sem AE somado à laminação a quente (LQ); 2º) LC com AE; e 3º) LC sem AE. Em seguida, foram extraídos billets de seção quadrada de 120mmx120mmx58mm das três condições citadas para subsequentes forjamentos a quente e fabricação de flanges. Assim, são mostrados os resultados das propriedades obtidas e a comparação com a norma de validação ASTM A 105 (especificação padrão para forjados de aço carbono para aplicação em tubulações) utilizada nesse tipo de forjado. Através da norma, foram verificados os requisitos químicos e ensaios de tração e de dureza. As propriedades foram, também, analisadas através de metalografias (macro e micro), ensaios de impacto e ensaios não destrutivos de líquidos penetrantes. Através da teoria elementar da plasticidade, os valores requeridos para a força de forjamento da peça em estudo, durante o processo de forjamento a quente, foram estimados em caráter formativo e didático. De acordo com os fundamentos teóricos observados na revisão bibliográfica e com os resultados práticos obtidos, constatou-se a aprovação dos aços provenientes do LC com AE como alternativa aos provenientes da LQ (tradicionalmente fornecidos às forjarias) para a confecção de flanges forjados desse tipo de aço. Na análise dos forjados provenientes do LC sem AE também ocorreu a reprovação de diversos resultados, mostrando o efeito da AE como alternativa para as propriedades desse tipo de forjado. / The objective of this work is to evaluate the effect of the process of electromagnetic stirring (ES) used in continuous ingot (CI) in the mechanical and metallurgic properties of 1025 ABNT hot forged steels (with the addition of manganese and silicon) for the manufacture of flanges of industrial pipes. At first, the supplied raw materials were characterized trough chemical compound and macrograph. Then, steels from the following three supplying conditions [ 1º) CI without ES plus hot rolling (HR); 2º) CI with ES; and 3º) CI without ES] were compared. Afterwards, billets were extracted from a square section measuring 120mmx120mmx58mm, from the three previous conditions, to be hot forged and to the manufacture of connection flanges. Thus, the results from these properties and the comparison with the validation norm ASTM A 105 (standard specification for steel-carbon forgings for the application in pipes) for this type of forged are shown. Through this norm, chemical requirements, tension and hardness tests were verified. The properties were also analyzed through metallographies (macro and micro), impact tests and non-destructive tests of penetrating liquids. Through the elementary plasticity theory, the demanded values for the forging force of the studied piece, during the hot forging process, were estimated as didactic and formative natures. According to the theoretical substances observed in the bibliography and to these practical results, the steels from CI with ES were approved as an alternative to the ones from HR (traditionally supplied to forging companies) to the manufacture of forged flanges of this type of steel. Moreover, in the analysis of forgings from CI without ES, the disapproval of various results also occurred, showing the effect of ES as an alternative to the properties of this type of forging.

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.