La coulée continue est un procédé très difficile à simuler : il requiert des temps de calcul assez longs pour modéliser l’ensemble de la machine de coulée, du répartiteur à la solidification de la brame. La simulation est basée sur un modèle éléments finis qui engendre un maillage de plus en plus lourd à mesure que la longueur de la coulée augmente.
Pour faire face à ce challenge, le logiciel THERCAST® propose trois méthodes de calcul :
- La méthode Globale / Global Computation : calcul sur toute la longueur de la coulée, qui permet des résultats thermomécaniques précis mais des temps de calcul plus longs.
- La méthode Par Tranche / Slice Computation : calcul par tranche simplifié qui allège les temps de calcul, mais réservé au calcul thermique seul.
- La méthode Globale par Tranche / Global Slice Computation (GSC) : nouvelle méthode qui permet des temps de calculs réduits et une analyse thermomécanique précise.
Méthodes de calcul THERCAST® pour la coulée continue
Réduction significative des temps de calcul et précision des résultats
Chacune des méthodes de calcul proposées pour la simulation en coulée continue offre des avantages selon les objectifs et le type de résultats que l’utilisateur souhaite obtenir.
Mais la toute dernière méthode qui aujourd’hui représente une fonctionnalité exclusive de THERCAST®, est la méthode dite « Globale par Tranche » (GSC). Intégrée depuis 2020 dans la version THERCAST® NxT 2.0 , elle combine les deux autres méthodes « Globale » et « Par Tranche » et permet donc une réduction drastique des temps de calcul (CPU) tout en conservant la précision des résultats thermomécaniques.
Cette méthode développée par les équipes scientifiques de Transvalor est uniquement disponible dans notre logiciel THERCAST®.
Pour mieux comprendre le fonctionnement et les avantages de l’approche GSC, il est important de connaître les trois méthodes proposées dans THERCAST®.
Méthode Globale
La méthode Globale/Global Computation consiste à simuler l’évolution du produit coulé depuis la sortie de la lingotière jusqu’à la fin de la zone de refroidissement secondaire.
Elle permet de réaliser un calcul thermomécanique complet sur toute la longueur du produit coulé. La taille du modèle éléments finis va ainsi croître avec l’avancée de la coulée.
Cette méthode est donc la plus précise possible d’un point de vue résolution numérique puisque tous les phénomènes thermo-physiques et les évènements de contact sont pris en compte. Seul inconvénient, elle peut générer des temps de calcul assez longs surtout si la longueur métallurgique s’avère être importante.
Méthode Par Tranche
La méthode Par Tranche/Slice Computation consiste à simuler uniquement une tranche de produit qui va « circuler » depuis la lingotière et sur toute la longueur métallurgique.
C’est une méthode simplifiée qui accélère considérablement les temps de calcul, mais que l’on va généralement réserver au seul calcul thermique. Dans ce cas, le logiciel maintient une vitesse de coulée imposée en sortie de lingotière et applique des conditions limites sur la face amont de la tranche (ex : échange adiabatique, pression imposée).
Méthode Globale par Tranche
La nouvelle méthode Globale par Tranche/Global Slice Computation (GSC) combine les avantages de deux méthodes précédentes pour allier une résolution thermomécanique complète avec des temps de calcul fortement accélérés.
Comment fonctionne la méthode GSC ?
- La longueur métallurgique désirée est découpée en plusieurs tronçons successifs à des endroits stratégiques définis par l’utilisateur.
- Au départ de chaque tronçon, le calcul démarre avec une tranche comme décrit dans la méthode Par Tranche.
- Cette tranche croît ensuite sur la longueur du tronçon comme décrit dans la méthode Globale.
- En fin de tronçon, le logiciel extrait automatiquement une nouvelle tranche qui correspond à la face aval du produit coulé pour la réintroduire dans le calcul du tronçon suivant. Cette nouvelle tranche conserve toute l’histoire thermomécanique antérieure et les conditions limites imposées.
Pourquoi cette méthode réduit les temps de calcul ?
Grâce à la méthode innovante GSC, la taille du modèle éléments finis n’augmente pas constamment. A chaque début de tronçon, le modèle est ramené à la taille d’une tranche et ainsi les temps de calcul n’évoluent plus de manière quasi exponentielle, mais plutôt de manière linéaire avec la longueur métallurgique. Cette méthode représente le meilleur compromis Précision / Rapidité / Opérabilité.
De combien de temps peut-on réduire les temps de calcul ?
Il n’existe pas de réduction de temps définie puisque la durée du calcul dépend aussi de vos paramètres procédés et de l’analyse souhaitée.
Par exemple, pour un cas industriel avec une longueur métallurgique de 35 mètres, les calculs ont été 10 fois plus rapides avec la méthode Globale Par Tranche (GSC) qu’avec la méthode Globale, pour le même niveau de précision des résultats calculés.
THERCAST® pour une représentation réaliste de la coulée continue
Grâce au couplage thermomécanique liquide/solide, THERCAST® permet une modélisation fidèle du procédé de coulée continue du répartiteur au puits liquide, en prenant en compte les refroidissements primaire et secondaire.
Son interface dédiée permet de configurer tous les paramètres de la machine de coulée pour une représentation réaliste de votre procédé : géométrie et paramètres de la machine (entrées, rouleaux, sprays, etc.).
Le logiciel offre aussi des fonctionnalités pour prendre en compte tout type de phénomène comme la déformation au contact des rouleaux, la réduction douce, le refroidissement par pulvérisation, la rupture, etc. A noter que notre plan de développement inclut la fonctionnalité de brassage électromagnétique qui sera l’une des principales nouveautés de notre prochaine version.
