Numerický off-line model teplotního pole plynule odlévaného sochoru a jeho příprava

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D.¹; prof. Ing. František Kavička, CSc.¹; doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.¹; Ing. Tomáš Mauder, Ph.D.¹; Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D.¹

Stáhnout článek v PDF

Článek uvádí základní analytické a empirické poznatky o procesu tuhnutí ocelového předlitku čtvercového profilu (sochoru) v zařízení pro plynulé odlévání oceli (ZPO). Předkládá dále základ originálního 3D modelu nestacionár­ního teplotního pole plynule litého sochoru a jeho přípravu. Vlastní model je založen na explicitní numerické metodě konečných diferencí. Řeší parciální diferenciální Fourier-Kirchhoffovu rovnici druhého řádu. Simulace vývinu skupenských tepel fázových nebo strukturních přeměn je provedena zavedením termodynamické funkce entalpie. Příprava zahrnuje především obtížnou a časově velmi náročnou definici okrajových podmínek řešení a zjištění hodnot hlavních termofyzikálních vlastností odlévaných ocelí, které jsou výrazně závislé na teplotě. Ke stanovení termofyzikálních vlastností model využívá finského modelu IDS. Jejich funkční závislost i závislost okrajových podmínek na teplotě povrchu předlitku v daném místě ZPO znamená, že numerický model musí řešit silně nelineární úlohu přenosu tepla. Komplikovaná je především definice okrajových podmínek v sekundární chladicí zóně. Na sochorovém ZPO se používá velké množství trysek s různým nastavením. Koeficienty přestupu tepla pod tryskami je proto třeba měřit na speciálním laboratorním zařízení. Posun předlitku je modelován pohybem trysky podél ocelové desky simulující povrch předlitku. Chladicí účinek trysky se posuzuje podle vyhodnoceného tepelného toku, který tryska odvádí z chlazeného povrchu. Stanovené koeficienty přestupu tepla pod tryskou skokem narůstají při dosažení tzv. Leidenfrostovy povrchové teploty. Předkládaný model má grafický vstup i výstup, automatickou tvorbu výpočtové sítě a znázornění teplotního pole ve formě izoterem, izoploch konstantní teploty a znázornění teplotní historie jakéhokoli bodu příčného řezu sochorem při jeho průchodu ZPO. Řeší teplotní pole ZPO jako celku nebo jeho vybrané části.

1. Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Energy Institute, Technická 2896/2, 616 69 Brno, Czech Republic