شبيه سازي عددي حرارتي-مكانيكي انجماد فولاد ساده كربني در فرآيند ريخته گري پيوسته تختال نازك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

فرآيند ريختهگري پيوسته اكنون بيش از 90درصد فوالد جهان را توليد ميكند و بهدليل هزينهي سرمايهاي باالتر ولي هزينهي عملياتي پايينتر، به كاراترين روش ساخت محصوالت نيمه تمام فوالدي تبديل شده است. در سالهاي اخير، فناوري ريخته گري تختال نازك با كاهش ضخامت مقطع به حدود 30 تا 60 ميليمتر، امكان كاهش طول خط توليد و افزايش سرعت ريخته گري را فراهم كرده و بهبود ريزساختار و صرفه جويي انرژي را به دنبال داشته است. با اين حال كاهش ضخامت، فرآيند را از نظر حرارتي و مكانيكي حساستر كرده و ناپايداري در خنككاري ثانويه ميتواند منجر به ايجاد تركهاي سطحي شود. در اين پژوهش، يك مدل عددي دوبعدي براي تحليل حرارتي-مكانيكي و ساختار انجماد براي تختال نازك فوالدي با درصد كربن متوسط در فرآيند ريخته گري پيوسته تختال نازك براي شركت فوالد سبا توسعه يافته است. در مدل حرارتي، معادلهي انتقال حرارت همراه با آزادشدن گرماي نهان انجماد براي پيشبيني توزيع دما و رشد پوسته جامد توسط نرم افزار Multiphysics COMSOL نسخه 6/2 حل شد. شرايط مرزي شار حرارتي قالب و ضرايب انتقال حرارت جابجايي ناحيه خنك كاري ثانويه با استفاده از همبستگيهاي تجربي و دادههاي صنعتي تنظيم و نتايج دماي سطح با اندازهگيري پيرومتر مقايسه و اعتبارسنجي شد. طول متالورژيكي، توزيع ضخامت پوسته و پروفيل دما در مركز سطح پهن تختال تعيين گرديد. در مدل مكانيكي، تنشهاي حرارتي و كرنشهاي حرارتي در امتداد مسير ريخته گري وابسته به دما محاسبه شدند و نسبت تنش حرارتي به تنش تسليم 0/2 درصد بر حسب دما استخراج شده از نرمافزار Pro-JMAT بهعنوان شاخص نزديكشدن به منطقه پلاستيك مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان دادند كه بيشترين تنشها و كرنشها در بخش ابتدايي ناحيهي خنك كنندهي ثانويه در مركز سطح پهن ايجاد ميشود. در اين ناحيه، نسبت تنش به تنش تسليم تا بيشتر از 0/7 افزايش يافته اما از 1 تجاوز نكرده است. دماي سطح پهن در طول ناحيه ي ثانويه بين 850 تا 1160 درجه سانتيگراد نوسان دارد و نوسانات ناشي از پاشش آب سبب تغييرات سيكلي تنش و كرنش ميشود. تحليلهاي پارامتري نشان داد كه كاهش شدت خنك كاري در بخشهاي ابتدايي و توزيع يكنواخت تر اسپري ميتواند شيبهاي حرارتي و بنابراين تنشهاي اوج را كاهش دهد و بهبود كيفيت سطحي تختال را بهدنبال داشته باشد. اين مطالعه نشان ميدهد كه مدل دوبعدي قادر است توزيع دما، انجماد و تنشهاي حرارتي را در مركز سطح پهن تختال نازك با دقت مناسبي پيشبيني كند و با استفاده از شاخص اتا، كه برابر با حاصل تقسيم تنشهاي حرارتي وارد شده بر سطح تختال به تنش تسليم 0/2 درصد بر حسب دما است، نواحي بحراني را شناسايي نمايد. نتايج حاصل ميتواند بهعنوان مبنايي براي بهينهسازي الگوي خنككاري ثانويه و انتخاب سرعت ريخته گري مناسب در خطوط صنعتي شركت فوالد سبا و واحدهاي صنعتي مشابه مورد استفاده قرار گيرد.

236811

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان