Análise do comportamento térmico de um cilindro de laminação

Abstract

No processo de laminação de aço, os cilindros que conformam o material sofrem desgastes constantes, devido ao aquecimento contínuo provocado pelas barras em processamento. Esse desgaste interfere na vida útil do cilindro. Devido ao grande custo desses cilindros no processo de laminação, um melhor entendimento do comportamento térmico deles durante a sua produção é essencial para otimizar os parâmetros utilizados no sistema de refrigeração e assim aumentar a sua vida útil. Para isso, foi desenvolvido pelo autor deste trabalho, um código numérico, no software Matlab, para a simulação de casos reais de um laminador de aços longos, permitindo a verificação da influência de alguns dos parâmetros do sistema de refrigeração de um cilindro de laminação. Primeiramente o problema foi resolvido em regime estacionário, com o cilindro parado, para verificação do comportamento das condições de contorno impostas no cilindro. Em seguida, simulações em regime transiente foram desenvolvidas para dois casos distintos. No primeiro caso verificou-se a influência da temperatura dos jatos de água na refrigeração do cilindro evidenciando que a redução da temperatura da água em 5 °C diminui a temperatura superficial do cilindro em média de 4 °C. No segundo caso verificou-se a influência do ângulo de cobertura das cintas de refrigeração, mostrando agora, que com o aumento, em 30°, do ângulo de cobertura dos jatos de água, a temperatura superficial do cilindro tem uma redução de 60 °C em média. O código desenvolvido demonstrou um bom comportamento e convergência das soluções propostas com o refinamento das malhas geométrica e temporal. Com o código computacional desenvolvido e os resultados encontrados, é possível realizar melhorias na indústria com baixo investimento, por serem soluções simples e de grande eficiência, como foi demonstrado na situação do aumento do ângulo de cobertura dos jatos de água.

In the process of rolling mill, the cylinders that make up the material suffer constant wastage, due to heating caused by the bars still in process. This wastage interferes in the useful life of cylinder. Due the great cost of these cylinders in the rolling mill process, a better understanding of the thermal behavior of them in their process it is essential for optimization the use of the cooling system parameters and thus increases their useful life. For this purpose, it was developed, by the author of this work, a numerical code, using Matlab software, for the simulation of actual cases of a long steel rolling, allowing the evaluation of the influence of some parameters of the cooling system of a rolling cylinder. First of all the problem was solved in the steady state, with stationary cylinder, to verify the behavior of the boundary conditions imposed on the cylinder. Then, transient simulations were solved for two different cases. In the first case was verified the influence of the water jet temperature in the cylinder cooling, showing that the reduction of the water jet temperature in 5 °C reduce the cylinder superficial temperature in average of 4 °C. In the second case it was verified the influence of the cooling belt’s coverage angle, now showing that with increasing, in 30°, the water jet coverage angle, the cylinder superficial temperature reduces 60 °C in average. The developed code showed good behavior and convergence of the proposed solutions with the refinement of the geometric and temporal meshes. With these the developed computer code and the results, it is possible to make improvements in the industry with low investment, as they are simple and efficient solutions, as demonstrated in the situation of increased coverage angle of the jets of water.