Modelowanie rozwoju mikrostruktury wlewka podczas procesu ciągłego odlewania stali

• Autorzy: Svyetlichnyy, D. , Hadała, B. , Malinowski, Z. , Łach, Ł.

Warianty tytułu

EN

Modeling of the ingot solidification structure evolution in the continuous casting process of steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W procesie ciągłego odlewania stali powiązanych jest ze sobą kilka zjawisk. Należy do nich zaliczyć zagadnienia przepływu ciepła w krzepnącym wlewku, zagadnienia przepływu ciekłego metalu, powstawanie naprężeń cieplnych i naprężeń powodowanych wyginaniem pasma, oraz kształtowanie struktury wlewka ciągłego. Jednoczesne modelowanie tych zjawisk jest trudne i są one na ogół rozwiązywane oddzielnie. Powodem tego są trudności w określeniu wpływu czynnika dominującego na pozostałe zjawiska. W artykule przedstawiono wyniki modelowania pola temperatury w procesie krzepnięcia wlewka ciągłego oraz procesu krystalizacji i rozrostu ziaren. Wyznaczenie pola temperatury wlewka ciągłego umożliwiło uwzględnienie wpływu zmian temperatury na proces krystalizacji na odcinku od krystalizatora do strefy odcinania pasma. Do wyznaczenia przestrzennego pola temperatury zastosowano metodę elementów skończonych. Rozwój struktury wlewka ciągłego modelowano za pomocą trójwymiarowych automatów komórkowych. W rezultacie uzyskano model komputerowy, który pozwala na prowadzenie obliczeń symulacyjnych procesu ciągłego odlewania stali z uwzględnieniem zjawisk cieplnych i strukturalnych. W pracy przedstawiono wyniki symulacji powstania struktury wlewka z wykorzystaniem metody elementów skończonych zintegrowanej z metodą frontalnych automatów komórkowych.

EN

In the continuous casting process of steel several phenomena difficult to modeling are coupled. Heat transfer from the liquid steel and solid phase to the cooling system, liquid steel movement, development of the stress field due to strand bending and temperature gradients and microstructure evolution should be counting among those phenomena. Simultaneous modelling of this problems is so complicated that they are usually solving separately. In such a case it is hard to establish the influence of the main factor on the other processes. The results of the ingot temperature modelling and the solidification structure formation and evolution has been presented in the paper. The steady state solution to the ingot temperature field have made possible to reflect the temperature variation on the structure evolution starting from the mould and ending at the cut off section. The three dimensional finite element method has been employed to compute the temperature field. The structure formation has been modeled by the three dimensional cellular automata method. Thus, the computer model which allows modelling the continuous casting process taking into account thermal and structural phenomena has been employed. The results of solidification structure modelling based on the finite element model coupled with cellular automata have been presented in the paper.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie struktury; odlewanie ciągłe stali; automat komórkowy; metoda elementów skończonych

EN

solidification structure modelling; continuous casting of steel; cellular automata; finite element method

• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 79, nr 4
• Strony: 203--211
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Svyetlichnyy, D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Hadała, B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Malinowski, Z.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

autor

Łach, Ł.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Rappaz M., Gandin C. A.: Probabilistic Modelling of Micro structure Formation in Solidification Processes, Acta Metal. Mater., vol. 41, 1993, no 2, pp. 345÷360
• 2. Raabe D.: Mesoscale simulation of spherulite growth during polymer crystallization by use of a cellular automation, Acta Mater., vol. 52, 2004, no 9, pp. 2653÷2664
• 3. Kumar M., Sasikumar R., Kesavan Nair P.: Competition between nucleation and early growth of ferrite from austenite – studies using cellular automation simulations, Acta Mater., vol. 46, 1998, no 17, pp. 6291-6303
• 4. Hurley P.J., Humphreys F.J.: Modelling the Recrystallization of Single-Phase Aluminium, Acta mater., vol. 51, 2003, no 3, pp. 3779÷3793
• 5. Qian M., Guo Z.X.: Cellular Automata Simulation of Microstructural Evolution during Dynamic Recrystallization of an HY-100 Steel, Mater. Sci. Eng. A, vol. A365, 2004, no 1÷2, pp. 180÷185
• 6. Das S., Palmiere E.J., Howard I.C.: CAFE: a Tool for Modeling Thermomechanical Processes, Proc. Thermomech. Processing: Mechanics, Microstructure & Control, eds. Palmiere E.J., Mahfouf M., Pinna C., Sheffield, 2002, pp. 296-301
• 7. Svyetlichnyy D.S., Majta J., Muszka K.: Modeling of microstructure evolution of BCC metals subjected to severe plastic deformation, Steel Res. Int., vol. 79, 2008, pp. 452÷458
• 8. Svyetlichnyy D.S.: Modeling of the Microstructure: From Classical Cellular Automata Approach to the Frontal One, Comp. Mater. Sci., vol. 50, 2010, pp. 92÷97
• 9. Svyetlichnyy D.S.: Modeling of Macrostructure Formation during the Solidification by using Frontal Cellular Automata in Cellular Automata – Innovative Modelling for Science and Engineering, Alejandro Salcido (Ed.), InTech., 2011 pp. 179÷196
• 10. Hadała B., Cebo-Rudnicka A., Malinowski Z., Gołdasz A.: The influence of thermal stresses and stand bending on surface defects formation in continuously cast strands, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 56, 2011, pp. 367÷377
• 11. Hadała B., Malinowski Z., Gołdasz A., Cebo-Rudnicka A.: Wpływ ciepła krzepnięcia na pole temperatury pasma w linii ciągłego odlewania stali, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, t. 77, 2010, nr 11, s. 636÷639
• 12. Gołdasz A., Hadała B., Cebo-Rudnicka A., Malinowski Z.: Wpływ warunków chłodzenia na krzepnięcie pasma COS, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, t. 78, 2011, nr 4, s. 289÷295
• 13. Hadała B., Malinowski Z., Gołdasz A., Cebo-Rudnicka A.: Wpływ ciepła krzepnięcia na pole temperatury pasma w linii ciągłego odlewania stali, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, t. 77, 2010, nr 11, s. 636÷639
• 14. Raport z projektu badawczo-rozwojowego pt.: „Komputerowe wspomaganie projektowania technologii ciągłego odlewania stali zintegrowanej z walcowaniem pasm” nr N R07 0018 04