Modelamento matemático do escoamento de fluidos no processo RH para previsão da taxa de circulação do aço

• Autor(a) principal: Wilian Julio Silveira
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8R9N88
• topic: Engenharia Metalúrgica e de Minas; Engenharia metalúrgica; Metalurgia extrativa; Escoamento

Para atender a crescente demanda de aços de elevada qualidade, estão sendo desenvolvidas novas técnicas para melhorar o desempenho do processo RH de refino secundário. O processo RH tem como principal objetivo promover a descarburação do aço, remoção de gases (H, N, O) e inclusões, ajuste de composição química,aquecimento e se baseia na movimentação do aço líquido e exposição parcial deste a uma câmara de vácuo, onde ocorrem as reações de remoção de carbono, hidrogênio e nitrogênio. Várias alterações nas condições operacionais e de projeto têm sido estudadas com o objetivo de alcançar melhorias no desempenho do processo. Modelos físicos e/ou matemáticos têm sido usados para avaliar o efeito destas alterações. No presente trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para calcular o perfil de velocidades tri-dimensional dos fluidos no reator RH de refino secundário, com objetivo de prever a taxa de circulação do aço, utilizando o software CFX-Ansys, de simulação de escoamento de fluídos e transferência de calor. Usando este modelo desenvolvido, foram analisados os efeitos de diferentes parâmetros sobre a taxa de circulação. Para a validação do modelo matemático desenvolvido, foram uttilizadas experiências com um modelo físico. A partir destes resultados, foram determinados os melhores modelos de interação gás-líquido no processo RH. O modelo matemático foi desenvolvido para simular o escoamento bifásico em um modelo físico do degaseificador RH, usando a água para simular o aço. No modelo físico, as variações da pressão são muito menos significativas e o domínio isotérmico pode ser considerado. Na simulação do escoamento, diferentes modelos foram considerados: modelo de turbulência (k-), coeficiente de arrasto e forças de não arrasto. Foi adotada uma abordagem Euleriana-Euleriana. Para validação do modelo, os resultados foram comparados aos resultados experimentais obtidos em um modelo físico do degaseificador RH. Neste modelo, foi usado a água para simular o aço líquido e o ar para simular o argônio. A taxa da circulação do aço no modelo físico foi determinada pela injeção de uma solução de cloreto do potássio na perna de subida e a variação de sua concentração com tempo foi medida na perna de descida. Foram utilizadas imagens obtidas no modelo físico na câmara de vácuo e também na perna de subida para validação do modelo. As taxas de circulação previstas pelo modelo matemático de escoamento bifásico para as diferentes vazões foram próximas dos valores determinados experimentalmente. Entretanto, nenhum dos modelos pode reproduzir a variação da taxa decirculação com a vazão de gás. Estes resultados indicam que alguns ajustes ainda são necessários para melhorar a qualidade das previsões do modelo matemático.