Resfriamento de uma placa de aço à alta temperatura por meio de um jato d'água circular

Abstract

Jatos d'água circulares são utilizados como um eficiente meio de controle de resfriamento de tiras laminadas a quente, devido ao elevado fluxo de calor extraído com o uso de equipamentos relativamente simples. A microestrutura e as propriedades mecânicas da tira de aço dependem do controle da taxa de resfriamento na mesa de saída do laminador. Portanto, determinar os coeficientes e os regimes de transferência de calor, que ocorrem durante a incidência de jato d'água sobre superfície de aço à alta temperatura, são fundamentais para o sistema de controle de resfriamento. Este trabalho apresenta um estudo experimental, analítico e numérico dos efeitos do resfriamento de um jato d'água circular subresfriado em uma placa de aço a elevadas temperaturas (600 a 900ºC). As características térmicas foram examinadas por meio de curvas de resfriamento, em função das diferentes condições de teste. Foi realizada uma análise numérica, usando o método inverso da condução de calor transiente, para calcular os fluxos de calor e o histórico de temperaturas na superfície de impacto do jato d'água, a partir das temperaturas medidas por termopares inseridos internamente em placas quadradas de aço inoxidável. Os fluxos e coeficientes de transferência de calor são comparados com os resultados e as correlações existentes na literatura. Os resultados experimentais mostraram que, na zona de incidência do jato, a água estará em contato direto com a superfície aquecida, mesmo que esta exceda, em muito, a temperatura de saturação e o regime de transferência de calor não é monofásico. Os resultados obtidos contribuirão para a otimização, modelo e dimensionamento de sistemas de resfriamento em laminadores de tiras a quente e um melhor entendimento dos modos de transferência de calor envolvidos durante o resfriamento de uma placa aquecida a elevadas temperaturas. Impingement circular water jets have been used as an efficient cooling process for hot strip mill, because of the high heat flux extracted using relatively simple equipment. The microstructure and mechanical properties of the steel depend on cooling control system on the runout table. Therefore, accurate heat transfer coefficient and the understanding of the thermal phenomenon during the incidence of the water jet on hot steel surface at high temperature are essential for the cooling control system. This paper presents the experimental, analytical and numerical study of the cooling effects of hot steel plate at high temperatures (600 to 900°C) cooled by an impinging circular water jet. The thermal characteristics were examined by means of the cooling curves as a function of different test conditions. The inverse heat conduction was used to calculate the heat flux on the impinging surface from the measured temperatures by four thermocouples inserted in square stainless steel plates. The heat fluxes are compared with the results and correlations existing in the literature. The experimental results showed that in the impingement zone, the water will be in direct contact with the heated surface, even the surface temperature exceeds, very much, the saturation temperature and heat transfer regime is not monophase. The results will contribute to the optimization and sizing of cooling systems for hot strip mill and a better understanding of the heat transfer regimes during the cooling the a hot steel plate at high temperatures.