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

• Autor(a) principal: Rodrigo Ottoni da Silva Pereira
• Data de Publicação: 2004
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8DVEEE
• topic: Engenharia Metalúrgica e de Minas; Engenharia metalúrgica; Fundição continua Modelos matemáticos; Metalurgia extrativa

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 decalor, 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 deespecificação 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 matemáticosde 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 levamaos 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 distribuidorreduz 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 deresfriamento 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 apenasnos 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 queimplicaria 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.