Modelamento matemático do escoamento turbulento, da transferência de calor e da solidificação no distribuidor e na máquina de lingotamento contínuo

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

15/04/2004

RESUMO

Neste trabalho foi desenvolvido um conjunto de modelos matemáticos para o processo de lingotamento contínuo e de seus principais fenômenos. Os modelos englobam o distribuidor e o veio de lingotamento contínuo. O modelo considera a transferência de calor, o escoamento de fluidos (com modelos de turbulência do tipo K-e de baixo número de Reynolds) e a transferência de massa. Os modelos permitem cacular os perfis de temperatura, velocidade e das grandezas de turbulência, nos dois equipamentos; os perfis de concentração de carbono na peça solidificada (macrosegregação); a espessura da camada solidificada na máquina de lingotamento contínuo; e o tamanho e a localização da região do veio fora de especificação no caso de uma troca de panelas com tipos de aço diferentes. A validação do modelo do distribuidor foi feita com o auxílio de experimentos em modelos a frio. Com base nestes experimentos selecionou-se o modelo de turbulência de Launder e Sharma como o mais adequado para ser utilizado em modelos matemáticos de distribuidores. O modelo mostrou que a utilização de dispositivos modificadores de fluxo (dique, barreira e supressor de turbulência) permite a melhora do desempenho dos distribuidores. O modelo indica que experimentos em modelos a frio em escala 1:1 ou em escala 1:3 utilizando o critério de similaridade de Froude ou o de Reynolds levam aos mesmos resultados. O modelo indica ainda a necessidade de se considerar o efeito da variação da densidade do aço com a temperatura nas simulações de distribuidores. Simulações para os distribuidores da Acesita indicam que: aumento da vazão de aço no distribuidor reduz a remoção de inclusões; redução de nível de metal no distribuidor reduz a quantidade de aço a ser descartada na transição entre dois tipos de aço; e redução na penetração da válvula de entrada aumenta a quantidade de aço a ser descartada na transição entre dois tipos de aço. O modelo do veio de lingotamento contínuo apresenta como novidades a inclusão dos efeitos da geometria da válvula submersa sobre a circulação de aço no molde e a possibilidade de realizar os cálculos para todo o veio até a região de corte. O modelo foi validado a partir de medidas de temperaturas na superfície do veio no final da zona de resfriamento forçado da máquina de lingotamento contínuo da Acesita. Foi mostrada a importância de se considerar o escoamento de fluidos no modelo. O modelo indica que o veio só se solidifica completamente a cerca de 13m do menisco. O escoamento de fluidos afeta o processo apenas nos primeiros 4 a 5m do veio, sendo importante apenas nos 2 primeiros metros. Foram avaliados diferentes ângulos para a porta da válvula submersa e verificou-se que um ângulo positivo (direcionado para baixo) leva a uma maior espessura da camada solidificada na região do molde. A introdução do efeito da segregação no modelo faz com que ele indique um maior misturamento do aço, o que implicaria num maior volume de aço fora de especificação numa transição entre dois tipos de aço. Foram desenvolvidas ainda interfaces amigáveis para os modelos para facilitar o seu uso e torná-los ferramentas úteis no diagnóstico de problemas e proposição de melhoras no processo.

ASSUNTO(S)

engenharia metalúrgica teses. metalurgia extrativa teses. fundição continua. modelos matemáticos teses.

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