Modeling the Accelerated Cooling Process in Heavy Steel Plate Production

Titel in Übersetzung: Modellierung des Schnellkühlprozesses in der Grobblechherstellung

Werner Essl

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Bei der Herstellung von thermomechanisch gewalzten Grobblechen stellt die Schnellkühlung einen entscheidenden Prozessschritt dar, der es ermöglicht, die mechanisch-technologischen Eigenschaften der Bleche gezielt einzustellen. Unmittelbar nach dem letzten Walzstich werden die Bleche durch die Schnellkühlanlage befördert, wo sie an Ober- und Unterseite mittels Wasserbeaufschlagung gekühlt werden. Die Wärmeübergänge an der Blechober- und -unterseite sind nicht identisch. Somit kommt es zu einer unsymmetrischen Temperaturverteilung und einer Wölbung während des Kühlens. Durch geeignete Wahl der Abkühlparameter lässt sich diese nach erfolgter Abkühlung minimieren, sodass die Bleche noch vor dem Richten ein hohes Maß an Ebenheit aufweisen. Numerische Algorithmen gewinnen bei der Beurteilung der Kühlparameter zunehmend an Bedeutung. An diese wird die Anforderung gestellt, innerhalb kurzer Rechenzeit zuverlässige Aussagen über das thermo-mechanische Verhalten der Bleche zu liefern. Der Schwerpunkt dieser Dissertation besteht daher in der Entwicklung effizienter numerischer Modelle der Schnellkühlung. Auf Ebene der Strukturmodellierung stehen zwei Finite Elemente Modelle im Fokus: Zum Einen ein umfassendes 3D-Modell, zum Anderen ein speziell für das Schnellkühlen entwickeltes 1D-Modell, das je nach Konfiguration maximal drei kinematische Freiheitsgrade aufweist. Durch die extrem niedrige Anzahl an Freiheitsgraden ermöglicht das 1D-Modell eine enorme Reduktion der Rechenzeit. Gleichzeitig liefert es in Blechdickenrichtung fein aufgelöste Daten. Auf Ebene der Materialmodellierung sind die Phasenumwandlung des Austenits und die damit verbundene transformationsinduzierte Plastizität zu berücksichtigen. Zur effizienten Integration der nichtlinearen Materialphänomene werden vollständig implizite Integrationsalgorithmen unter Berücksichtigung des im Blech dominierenden ebenen Spannungszustandes und der auftretenden transformationsinduzierten Plastizität formuliert. Als Benchmark für die Simulationsmodelle dienen Versuche in der Schnellkühlanlage. Zusätzlich werden die Simulationsergebnisse des 3D-Modells mit jenen des 1D-Modells verglichen. Anhand des 3D-Modells wird der Einfluss der Blechlänge und der Geschwindigkeit, mit der das Blech durch die Schnellkühlanlage befördert wird, auf einen Referenzwert für die Krümmung des Bleches untersucht. Weiters wird untersucht, wie Werkstoffparameter die Krümmung beeinflussen. Dazu wird eine systematische Variation der Phasentransformationskinetik durchgeführt. Darüber hinaus wird der Einfluss von transformationsinduzierter Plastizität untersucht.
Titel in ÜbersetzungModellierung des Schnellkühlprozesses in der Grobblechherstellung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
  • Ebner, Reinhold, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2014

Bibliographische Notiz

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