Simulação do processo de solidificação na etapa de resfriamento primario do lingotamento continuo de metais

Orientador: Amauri GarciaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de CampinasResumo: O presente trabalho objetiva a determinação de parâmetros térmicas, cinéticos e de estrutura, na solidificação de metais não-ferrosos em dispositivos experimentais de fundição estática refrigerados a água, simulando certas condições de transferência de calor e de solidificação da primeira etapa de resfriamento do lingotamento continuo. É abordada inicialmente a evolução histórica deste processo juntamente com sua importância comercial, precedendo uma caracterização dos principais sistemas de lingotamento contínuo utilizados na indústria. Em seguida, é feita uma análise da transferência de calor verificada no primeiro estágio de refrigeração do processo, onde o conhecimento da cinética de solidificação e da distribuição de temperaturas no molde é fundamental para um bom desempenho operacional do sistema e para a qualidade do lingote obtido. São descritos três diferentes dispositivos simuladores que reproduzem satisfatóriamente certas condições de solidificação no interior de moldes refrigerados, particularmente no lingotamento contínuo. O primeiro destes é apresentado resumidamente através de suas características e possibilidades de investigação da qualidade superficial do lingote produzido continuamente, enquanto que os outros são enfocados mais detalhadamente. O estudo simulado desenvolvido com estes dois últimos dispositivos abrange, respectivamente, estimativas para os seguintes itens: Cinética de solidificação molde, distribuição de temperaturas no sistema metal-molde e variação do espaçamento interdendritico secundário durante esta etapa, para o caso do lingotamento de ligas de pequeno intervalo de solidificação e sob um regime unidirecional de extração de calor do molde. Inclinação da macroestrutura colunar e variação do coeficiente de transmissão de calor do sistema metal fluido de refrigeração, para o caso do lingotamento de metais puros, com uma componente de fluxo de calor na direção de extração do lingote. Finalmente, os resultados obtidos por diversas técnicas experimentais são correlacionados e comparados com previsões teóricas para esses itens, calculadas através de modêlos matemáticos especificos e de associações destes com equaçôes empíricas, em função de variáveis do processo de lingotamento contínuo. Uma concordância satisfatória é verificada entre os correspondentes valores, permitindo considerar a simulação efetuada neste trabalho como uma maneira indireta e relativamente simples de avaliação de parâmetros críticos no contrôle deste processo.Abstract: This thesis reports the results of an experimental simulation of the first stage of cooling in the continuous casting of metals. Experiments performed in water-cooled static casting assemblies, with non-ferrous metals,were used to evaluate the thermal, kinetic and structural parameters of this initial step of solidification in the process. The experimental data obtained with two different assemblies, in each case, are compared with the theoretical predictions for the following topics: Kinetics of solidification in the mould, temperature distribuition in the metal-mould system and variation of the secondary dendrite arm spacing. Ingot columnar structure inclination and variation of the overall heath transfer coefficient of the metal-coqling fluid system. These predictions are given by mathematical models and by associations of these models with experimental equacions,in terms of through variables of the continuous casting process. A satisfactory agreement between the correspondent values is found to exist, allowing to consider this simulation as an indirect and relatively simple way to evaluate critical parameters on the control of this process.MestradoMestre em Engenharia Mecânic