The influence of thermal stresses and strand bending on surface defects formation in continuously cast strands

• Autorzy: Hadała B. , Cebo-Rudnicka A. , Malinowski Z. , Gołdasz A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ naprężeń cieplnych oraz zginania pasma na powstawanie pęknięć powierzchniowych we wlewku ciągłym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Improvement of slab surface quality is a very important goal in continues casting process of steel. It is closely coupled with casting line productivity and tendency to increase casting speed. In such a case rapid cooling of strand surface mast be employed. It results in thermal stresses development and formation of surface cracks if casting speed, cooling conditions or the arc of casting machine are not appropriate. The strain and stress fields in continuously cast strand have been determined based on the developed thermo-mechanical model and finite element software. It allowed to calculate variation of selected criterions integrals over the hole casting line starting from solidification process in the mould and ending at cutting section. Steady solution to heat transfer equation has been used to calculate strand temperature field. Mould temperature has been calculated from the three dimensional transient model. Finite element method has been employed to build steady and transient heat transfer models. Finite element solution accuracy to the temperature field has been improved. New algorithm of the solidification heat handling has been developed to stabilize a steady solution to the heat transport equation. Damageability of the strand has been evaluated based on four fracture criterions.

PL

Poprawa jakości powierzchni wlewka ciągłego jest jednym z głównych celów procesu ciągłego odlewania stali. Z drugiej strony ciągła potrzeba zwiększania wydajności linii produkcyjnej poprzez zwiększenie prędkości odlewania, wymaga bardziej intensywnego chłodzenia pasma. Rezultatem takich działań jest rozwój naprężeń cieplnych oraz tendencja do powstawania pęknięć powierzchniowych we wlewku ciągłym. Naprężenia i odkształcenia powstające w materiale określono przy użyciu modelu termomechanicznego z wykorzystaniem oprogramowania bazującego na metodzie elementów skończonych. Dzięki temu możliwym stało się wyznaczenie przebiegu zmian parametrów opisujących wybrane kryteria pękania na całej długości odlewanego pasma (od momentu krzepnięcia w krystalizatorze, aż do momentu odcinania pasma na wyjściu z maszyny COS). W opracowanym modelu wymiany ciepła pole temperatury w odlewanym paśmie wyznaczono przy pomocy stacjonarnego rozwiązania równania wymiany ciepła. Do obliczeń pola temperatury w krystalizatorze wykorzystano trójwymiarowy model niestacjonarny. W obu przypadkach w rozwiązaniu numerycznym zastosowano metodę elementów skończonych. Poprawę stabilności i dokładności rozwiązania pola temperatury uzyskano dzięki uwzględnieniu ciepła krzepnięcia. Podatność pasma na powstawanie defektów określono za pomocą wybranych kryteriów pękania.

Słowa kluczowe

EN

stress state; finite element method

PL

odlewanie ciągłe stali; metoda elementów skończonych; kryteria pękania

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 2
• Strony: 367--377
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Hadała B.

autor

Cebo-Rudnicka A.

autor

Malinowski Z.

autor

Gołdasz A.

• Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Agh - University of Science and Technology, 30-059 Kraków, 30 Mickiewicza Av., Poland

Bibliografia

• [1] M. Gonzalez, M.B. Goldschmit, A.P. Assanelli, E. F. Berdaguer, E.N. Dvorkin, Modeling of he Solidification Process in a Continuous Casting Installation for Steel Slabs, Metallurgical and Materials Transactions B 34, 4, 455-473 (2003).
• [2] B. G. Thomas, Modeling of the continuous casting of steel - past, present and future, 59th Electric Furnace Conference Proceedings, Pheonix, Iron & Steel Society, 3-30 (2001).
• [3] B. C. Liu, J.W. Kang, S.M. Xiong, A study on the numerical simulation of thermal stress during the solidification of shaped castings, Science and Technology of Advanced Materials 2, 157-164 (2001).
• [4] J. E. Lee, T.J. Yeo, K.H. Oh, J.K. Yoon, U.K. Yoon, Prediction of cracks in continuously ast steel beam blank through fully coupled analysis of fluid flow, heat transfer and deformation behavior of solidifying shell, Metall. Trans. A 31A, 225-237 (2000).
• [5] W. M. Garrison Jr, Ductile fracture, J. Phys. Chem. Solids 48, 11, 1035-1074 (1987).
• [6] Y. M. Won, T. J. Yeo, D.J. Seol, K. H. Oh, A new criterion for internal crack formation in continuously cast steels, Metall. Trans. B 31B, 779-794 (2000).
• [7] P. D. Hodgson, K. M. Browne, D. C. Collinson, T. T. Pham, R. K. Gibbs, Proc. 3rd Int. Semin.on Quenching and Carburising, Melbourne, 139, (1990).
• [8] A. Ç. Yunus, Heat and mass transfer, McGrawHill, New York (2007).
• [9] S. Wiśniewski, T. S. Wiśniewski, Wymiana ciepła, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa, (1994) (in Polish).
• [10] B. Hadała, Z. Malinowski, Accuracy of the finite element solution to steady convection-diffusion heat transport equation in continuous casting problem. Informatyka w Technologii Materiałów 9, 2, 302-307 (2009).
• [11] B. Hadała, Z. Malinowski, A. Gołdasz, A. Cebo-Rudnicka, Effect of the solidification heat on the strand temperature field in the continuous casting, Hutnik, R. 77 11, 636-639 (2010) (in Polish).
• [12] Z. Malinowski, Numeryczne modele w przeróbce plastycznej i wymianie ciepła, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo - Dydaktyczne, Kraków (2005) (in Polish).
• [13] A. Cebo-Rudnicka, Z. Malinowski, A. Gołdasz, M. Rywotycki, Application of fracture criterions to cracks prediction of the continuously cast strand, Hutnik, R. 77, 11, 646-649 (2010) (in Polish).
• [14] A. Gołdasz, Z. Malinowski, B. Hadała, Study of heat balance in the rolling process of bars, Archives of Metallurgy and Materials 54, 3, 685-694 (2009).