Modelo termomicroestrutural para determinação de variáveis operacionais e metalúrgicas para utilização em simulação e/ou controle na laminação a quente de aços carbono e microligados

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dc.contributor.advisor1Denti Filho, José
dc.contributor.authorMachado, Marcelo Lucas Pereira
dc.contributor.referee1Ferreira, Edson de Paula
dc.contributor.referee2Salles, José Leandro Félix
dc.contributor.referee3Arantes, Denio Rebello
dc.contributor.referee4Caccioppoli, José Maria Ramon
dc.date.accessioned2016-08-29T15:32:41Z
dc.date.available2016-07-11
dc.date.available2016-08-29T15:32:41Z
dc.date.issued2005-07-15
dc.description.abstractDue to the strong relationship between the microstructural changes and the mechanical properties of steel in a hot strip mill, the development of models that take into consideration metallurgic steel properties and operational variables with the objective of optimizing the process has become more necessary. The developed thermomicrostructural model calculates the mean flow stress taking into account accumulated strain between passes to incorporate the effect of the static, dynamic and metadynamic recrystallization. This thermomicrostructural model also allows the calculation of the austenite grain size between passes and the ferrite grain size after the steel leaves of the last stand. The model calculates the roll force in all the stands taking into consideration the effect of the strip tension between stands applied on the material during rolling mill and the work roll gap. Therefore, the material exit thickness for each stand or the material entrance thickness of the next stand can be calculated. A thermal model was developed, where the usual thermal equations were used to calculate the thermal exchanges of the steel in the hot strip mill. With this, the thermomicrostructural model can calculate the thermal, microstructural variations, mean flow stress that occurs in the steel and also the roll force, exit thickness and entry temperatures of the steel in each stand, in the hot strip mill. The model also closely agreed with the industrial data of different hot strip mills and for different types of carbon and microalloyed steels and for literature data. Then operational disturbances in the thermomicrostructural model were introduced and sensitivity curves were plotted that showed the changes that these disturbances cause in the steel properties, such as, mean flow stress, grain size, strip temperature, material exit thickness and roll force, not only in the one specific stand but also the effect in the next stands. Using the simulations, it was elaborated a group of qualitative rules that make it possible to determine which actions should be taken if the disturbances occur in the material thickness and/or entry temperature and/or mean flow stress and the corrections to be done in the manipulated variables, which are the roll gap, the strip tension between stand and the work roll speed, aiming to recover the strip thickness, improve mechanical properties and reduce roll force. It can therefore determine the priorities and measures that are needed for the mechanical properties of the material, microstructure and steel exit thickness and also the roll force as an operational parameter. These qualitative rules provide a base to develop some type of programming aimed at hot strip mill control, such as a soft computing program.eng
dc.description.resumoDevido a forte relação entre as mudanças microestruturais e as propriedades mecânicas do aço durante a laminação à quente, faz-se cada vez mais necessário o desenvolvimento de modelos que levem em consideração propriedades metalúrgicas do aço e variáveis operacionais, com o objetivo de otimizar o processo. O modelo termomicroestrutural desenvolvido calcula a tensão de escoamento média levandando em consideração a deformação acumulada entre passes de maneira a se incorporar o efeito da recristalização estática, dinâmica e metadinâmica. Este modelo termomicroestrutural também permite calcular o tamanho de grão da austenita entre passes de laminação e o tamanho de grão da ferrita após a saída do material da última cadeira de laminação. O modelo calcula a carga de laminação em todas as cadeiras levando em consideração o efeito das tensões entre cadeiras aplicadas no material que está sendo laminado e a medida do espaçamento entre os cilindros de trabalho (gap) como dados de entrada. Desta forma, a espessura de saída do material de uma dada cadeira de laminação ou a espessura de entrada do material na cadeira seguinte seja calculada. Foi desenvolvido um modelo térmico, onde as equações térmicas utilizam modelos matemáticos consagrados que tratam das trocas térmicas do aço durante o processo de laminação. Com isto, o modelo termomicroestrutural pode calcular as variações térmicas, microestruturais e de tensão de escoamento média que ocorrem no aço e também a carga de laminação, a espessura de saída e temperaturas de entrada e saída do aço em cada cadeira, durante a laminação a quente. O modelo mostrou boa concordância com os dados industriais de diferentes laminações e para diferentes tipos de aços ao carbono e microligados e também para dados de literatura. Foram então introduzidos distúrbios operacionais no modelo termomicroestrutural e foi levantada curvas de sensibilidade que mostraram as alterações que estes distúrbios provocam nas propriedades do aço, como tensão de escoamento média, tamanho de grão, temperatura de laminação, espessura de saída do material e carga de laminação, não somente na cadeira de laminação em questão, mas o efeito também nas demais cadeiras. Utilizando as simulações feitas, foram elaborados conjuntos de regras qualitativas que possibilita determinar quais as ações a serem tomadas diante de distúrbios na espessura e/ou temperatura de entrada e/ou tensão de escoamento média e as correções a serem feitas nas variáveis manipuladas que são o gap, tensão a ré, tensão a frente e velocidade do cilindro de trabalho, visando a recuperação da espessura, melhores propriedades mecânicas e redução na carga de laminação. Desta forma, pode-se definir as prioridades e tolerâncias que se deseja obter com relação às propriedades mecânicas do material, microestrutura e espessura de saída da tira e também como parâmetro operacional, a carga de laminação. Estas bases de regras servem de suporte para se desenvolver algum tipo de programação visando controle do processo de laminação a quente utilizando técnicas de controles não convencionais
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/4105
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.subjectModelo termomicroestruturalpor
dc.subjectModelo microestruturalpor
dc.subjectModelo térmicopor
dc.subjectCarga de laminaçãopor
dc.subject.br-rjbnAço - Metalurgia
dc.subject.br-rjbnConformação de metais
dc.subject.br-rjbnLaminação (Metalurgia)
dc.subject.br-rjbnMáquinas para conformação de metais
dc.subject.br-rjbnModelos matemáticos
dc.subject.br-rjbnSimulação (Computadores digitais)
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
dc.subject.udc621.3
dc.titleModelo termomicroestrutural para determinação de variáveis operacionais e metalúrgicas para utilização em simulação e/ou controle na laminação a quente de aços carbono e microligados
dc.typedoctoralThesis
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