Thermomechanical simulation of continuous casting process using element based finite-volume method

The continuous casting technique in the last four decades has been large used for to production of semi-finished steel. The heat transfer is major mechanism and it occurs in various steps during the continuous casting. The quality of steel is directly related to the way the heat transfer occur because the thermal variations produce mechanical loads as well as contact forces which are generated through the rollers and shake of the mold. Such factors may cause defects such as fractures or cracks in the final product if the resulting stresses and strains exceed critical values. The technique must be improved in order to reduce the appearance of defects and the production time. For this a good understanding of physical phenomena involved during the solidification process is critical. The focus of this work is to apply the EbFVM (Element based Finite-Volume Method) approach to study the effects of linear tensions unidirectionally coupled with the temperature applied to continuous casting of the steel 1013D (0,3% of carbon) In the simulations we adopted some simplifications such as the Plane Strain and isotropic material. We also neglected the body forces contact with the rollers the liquid pressure on the walls of the steel ingot (ferrostatic pressure) and the convective effect. However despite of the simplifications adopted this work provides quantitative informations on the linear tensions accumulation that point out to areas of possible of cracks formationsA técnica de lingotamento contínuo nas últimas quatro décadas é cada vez mais utilizada na produção de aço semiacabado. A transferência de calor é o principal mecanismo dominante e ocorre em todas as etapas do processo. A qualidade do aço no lingotamento está diretamente relacionada à forma que ocorrem as trocas de calor pois as variações térmicas produzem carregamentos mecânicos assim como as forças de contato as quais são geradas por intermédio dos rolos e da oscilação do molde. Tais fatores podem causar defeitos como fraturas ou trincas no produto final caso as tensões e deformações resultantes excedam valores críticos. O aprimoramento da técnica tem a finalidade de evitar o surgimento de defeitos e reduzir o tempo de produção. Para isso é fundamental uma boa compreensão dos fenômenos físicos envolvidos ao longo do processo de solidificação. O foco deste trabalho é aplicar a abordagem do EbFVM (Element based Finite-Volume Method) no estudo dos efeitos das tensões lineares acopladas unidirecionalmente com a temperatura aplicado ao lingotamento contínuo do aço 1013D (0,3% de carbono) Nas simulações adotou-se algumas simplificações com o estado plano de tensões e isotropia do material. Descartando-se as forças de corpo o contato com os rolos a pressão do aço líquido nas paredes do lingote (pressão ferrostática) e o efeito convectivo. Contudo apesar das simplificações adotadas este trabalho traz informações quantitativas quanto a formação do acúmulo das tensões lineares que apontam para regiões de possíveis formações de trinca