O efeito do refratário da válvula superior no comportamento das bolhas dentro da válvula submersa e no molde do lingotamento contínuo de placa : modelo físico e matemático.
Nenhuma Miniatura disponível
Data
2020
Autores
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Resumo
Gás inerte é injetado no refratário da válvula superior durante o lingotamento contínuo para
minimizar o arraste de ar para o sistema e a consequente oxidação do aço, formação de
inclusões, obstrução do sistema de refratários, de maneira a se garantir a limpidez do aço. Esse
estudo investigou a formação e o comportamento das bolhas a partir da injeção de ar em placas
refratárias com diferentes permeabilidades. Para isto foram desenvolvidos três modelos físicos.
O primeiro estudou a geração de bolhas na superfície das placas refratárias e nas suas
proximidades, sem fluxo tangencial de água. O segundo simulava, por meio de um canal
composto de placas refratárias paralelas, o canal de fluxo da SEN; determinou-se o efeito de
vazão de líquido e gás sobre o diâmetro de bolhas. O terceiro modelo físico foi empregado para
a calibração de um modelo matemático de fluxo bifásico em canal, sob ação de forças de arraste
e não arraste. Os filmes foram realizados com câmera de alta velocidade a 3680 e 1000 quadros
por segundo para a determinação das características das bolhas. Os resultados da avaliação das
imagens dos modelos físicos confirmaram o efeito inverso da permeabilidade do refratário no
Diâmetro Médio (DM) das bolhas e a dependência do DM com a vazão das fases contínua
(água) e dispersa (ar). Foi então desenvolvido modelo matemático do lingotamento contínuo
de placa, com válvula submersa e molde, para avaliação da população de bolhas polidispersas
em sistema água-ar, aproveitando a simetria geométrica e de fluxo e os resultados foram
comparados com a distribuição de gás nos modelos físicos água-ar. A função MUSIG (Grupo
Múltiplo de Tamanho, Ansys CFX) foi adotada como modelo de quebra e coalescência de
bolhas. As simulações foram então estendidas para descrever o fluxo real de aço-argônio,
considerando um fator de expansão térmica para bolhas de argônio. As simulações via modelo
matemático com MUSIG, forças de arraste e não arraste, apresentaram resultados consistentes
com os observados no modelo físico. Além disso, observou-se que o aumento da vazão de água
propiciou um rolo superior melhor definido com maior velocidade de menisco, o que representa
a melhor condição metalúrgica. Outra observação relevante foi que o refratário com maior
permeabilidade representou melhor o modelo físico escala 1:1. Por fim, os resultados das
simulações com aço e argônio corroboraram os efeitos do aumento do fluxo da fase líquida em
relação a: melhor distribuição do gás no molde; redução do diâmetro médio das bolhas no
molde; redução da formação de redemoinho perto da face estreita; e aumento de velocidades
no menisco.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Processos de fabricação - lingotamento contínuo, Computational fluid dynamics - CFD, Aço - processo de fabricação, Materiais refratários
Citação
SANTOS JUNIOR, Paulo Luiz. O efeito do refratário da válvula superior no comportamento das bolhas dentro da válvula submersa e no molde do lingotamento contínuo de placa: modelo físico e matemático. 140 f. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2020.