جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای امین قدیری حسین آبادی)

موضوع: شبیه‌سازی عددی حرارتی-مکانیکی انجماد فولاد ساده‌کربنی در فرآیند ریخته‌گری پیوسته تختال نازک

 ارائه دهنده: امین قدیری حسین آبادی 

استادان راهنما: دکتر محسن دوازده امامی

استادان مشاور: دکتر مسعود پنجه پور

استادان داور: دکتر رامین کوهی کمالی و دکتر محمدرضا توکلی نژاد

زمان و مکان: چهارشنبه 26 آذرماه 1404- ساعت 08:00 صبح- اتاق سمینار شاکرین گیربکس 2

چیکده:

فرآیند ریخته‌گری پیوسته اکنون بیش از ۹۰‌درصد فولاد جهان را تولید می‌کند و به‌دلیل هزینه‌ی سرمایه‌ای بالاتر ولی هزینه‌ی عملیاتی پایین‌تر، به کاراترین روش ساخت محصولات نیمه‌تمام فولادی تبدیل شده است. در سال‌های اخیر، فناوری ریخته‌گری تختال نازک با کاهش ضخامت مقطع به حدود ۳۰ تا ۶۰ میلی‌متر، امکان کاهش طول خط تولید و افزایش سرعت ریخته‌گری را فراهم کرده و بهبود ریزساختار و صرفه‌جویی انرژی را به دنبال داشته است. با این حال کاهش ضخامت، فرآیند را از نظر حرارتی و مکانیکی حساس‌تر کرده و ناپایداری در خنک‌کاری ثانویه می‌تواند منجر به ایجاد ترک‌های سطحی شود. در این پژوهش، یک مدل عددی دوبعدی برای تحلیل حرارتی-مکانیکی و ساختار انجماد برای تختال نازک فولادی با درصد کربن متوسط در فرآیند ریخته‌گری پیوسته تختال نازک برای شرکت فولاد سبا توسعه یافته است. در مدل حرارتی، معادله‌ی انتقال حرارت همراه با آزادشدن گرمای نهان انجماد برای پیش‌بینی توزیع دما و رشد پوسته جامد توسط نرم افزار COMSOL Multiphysics  نسخه 6/2 حل شد. شرایط مرزی شار حرارتی قالب و ضرایب انتقال حرارت جابجایی ناحیه خنک‌کاری ثانویه با استفاده از همبستگی‌های تجربی و داده‌های صنعتی تنظیم و نتایج دمای سطح با اندازه‌گیری پیرومتر مقایسه و اعتبارسنجی شد. طول متالورژیکی، توزیع ضخامت پوسته و پروفیل دما در مرکز سطح پهن تختال تعیین گردید. در مدل مکانیکی، تنش‌های حرارتی و کرنش‌های حرارتی در امتداد مسیر ریخته‌گری وابسته به دما محاسبه شدند و نسبت تنش حرارتی به تنش تسلیم 0/2 درصد بر حسب دما استخراج‌شده از نرم‌افزار JMAT-Pro به‌عنوان شاخص نزدیک‌شدن به منطقه پلاستیک مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان دادند که بیش‌ترین تنش‌ها و کرنش‌ها در بخش ابتدایی ناحیه‌ی خنک‌کننده‌ی ثانویه در مرکز سطح پهن ایجاد می‌شود. در این ناحیه، نسبت تنش به تنش تسلیم تا بیشتر از 0/7 افزایش یافته اما از ۱ تجاوز نکرده است. دمای سطح پهن در طول ناحیه‌ی ثانویه بین ۸۵۰ تا ۱۱6۰ درجه سانتی‌گراد نوسان دارد و نوسانات ناشی از پاشش آب سبب تغییرات سیکلی تنش و کرنش می‌شود. تحلیل‌های پارامتری نشان داد که کاهش شدت خنک‌کاری در سگمنت‌های ابتدایی و توزیع یکنواخت‌تر اسپری می‌تواند شیب‌های حرارتی و بنابراین تنش‌های اوج را کاهش دهد و بهبود کیفیت سطحی تختال را به‌دنبال داشته باشد. این مطالعه نشان می‌دهد که مدل دوبعدی قادر است توزیع دما، انجماد و تنش‌های حرارتی را در مرکز سطح پهن تختال نازک با دقت مناسبی پیش‌بینی کند و با استفاده از شاخص  ، که برابر با حاصل تقسیم تنش‌های حرارتی وارد شده بر سطح تختال به تنش تسلیم 0/2 درصد بر حسب دما است، نواحی بحرانی را شناسایی نماید. نتایج حاصل می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای بهینه‌سازی الگوی خنک‌کاری ثانویه و انتخاب سرعت ریخته‌گری مناسب در خطوط صنعتی شرکت فولاد سبا و واحدهای صنعتی مشابه مورد استفاده قرار گیرد.

کلمات کلیدی: ریخته‌گری پیوسته، انجماد تختال نازک، تحلیل حرارتی-مکانیکی، فولاد متوسط‌کربن، تنش و کرنش حرارتی.