Thermal modeling of the quench at Burns Harbor utilizing on-line characterization of cooling^*

Modélisation thermique de la trempe de Burns Harbor grace à sa caractérisation on-line

¹ ArcelorMittal R&D Maizières, BP 30320, 57283 Maizières les Metz, France
e-mail: jean-luc.borean@arcelormittal.com
² ArcelorMittal R&D East Chicago, 3001 E. Columbus Drive, East Chicago, IN 46312, USA
e-mail: charles.romberger@arcelormittal.com

Received: 10 August 2011
Accepted: 6 September 2011

Abstract

In order to limit the thermal gradient of plates during quenching and limit flatness issues, it is necessary to control the cooling. This control requires the knowledge of the cooling performances of the cooling device. This paper describes the equipments and procedure we developed for the on-line characterization of quenching. We illustrate the application of this methodology to the quench of Burns Harbor. After the austenitzing furnace, this quench is equipped with 3 cooling sections that have been characterized for several flow rates, for several speeds of plates and for the top and bottom sides of plates. Thanks to the collected data, heat fluxes have been calculated and correlations describing the cooling performances of the equipment have been built. These correlations have been implemented in a thermal model that gives the thermal state of a plate during cooling according to parameters like thickness of the plate, flow rates of the cooling sections, speed of the plate, and temperature after heating. Experimental and numerical results are discussed.

Résumé

De manière à limiter le gradient thermique des plaques durant le refroidissement et limiter les problèmes de planéité, il est nécessaire de contrôler le refroidissement. Ce contrôle nécessite la connaissance des performances de l’installation de refroidissement. Cet article décrit les équipements et procédures que nous avons développés pour la caractérisation en ligne de systèmes de refroidissement. Nous illustrons l’application de cette méthodologie à la ligne de traitement thermique de Burns Harbor. Après le four d’austénitisation, cette ligne est équipée de 3 sections de refroidissement qui ont été caractérisées pour plusieurs débits, plusieurs vitesses de plaques et les faces inférieure et supérieure des plaques. À partir des données collectées, nous avons déterminées les densités de flux et déduits des corrélations qui décrivent les performances de l’installation de refroidissement. Nous avons implémenté ces corrélations dans un modèle thermique qui décrit l’état thermique de la plaque durant son refroidissement en fonction de paramètres comme l’épaisseur de la plaque, les débits supérieur/inférieur utilisés dans les zones de refroidissement, la vitesse et la température de la plaque après chauffage.