Title

A FERRAMENTA DE MODELAGEM NUMÉRICA E SUA APLICAÇÃO NA FABRICAÇÃO DE AÇOS

THE NUMERICAL TOOL AND ITS APPLICATION IN THE STEELMAKING PROCESS

Authorship

Trindade, Leonardo Barboza; Daoud, Ismael Lis Alves; Nadalon, José Ernesto de Azevedo; Sicorski, Rafael Skrzek; Vilela, Antônio Cezar Faria

Trindade, Leonardo Barboza

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Daoud, Ismael Lis Alves

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Nadalon, José Ernesto de Azevedo

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Sicorski, Rafael Skrzek

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Vilela, Antônio Cezar Faria

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DOI

10.5151/2594-5300-0026

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Abstract

O objetivo deste trabalho é mostrar a aplicabilidade da ferramenta de modelagem numérica na fabricação de aços, bem como apresentar os modelos mais recentes desenvolvidos em pelo LASID/UFRGS. Serão destacados estudos em lingotamento contínuo e de operações realizadas durante o refino secundário. A modelagem numérica consiste, basicamente, em resolver equações diferenciais através de um método numérico. Dentre os mais conhecidos, cita-se o método de volumes finitos e o método de elementos finitos, tradicionalmente utilizados na solução de problemas fluido-dinâmicos e eletromagnéticos, respectivamente. A modelagem de um processo pode ser dividida em etapas: análise do problema físico, onde o modelador verifica as aproximações necessárias; pré-processamento, onde as características geométricas e fenomenológicas são inseridas; a solução do problema e o pós-processamento, onde os resultados são analisados. Na metalúrgica secundária, os modelos de escoamento na panela com a injeção de argônio têm sido de grande valia na compreensão de fenômenos como, arraste e emulsificação de escória e os tempos necessários para dissolução de ligas e para a remoção de inclusões. No lingotamento contínuo, a modelagem numérica tem sido empregada com sucesso na otimização do escoamento em distribuidores e no projeto e desenvolvimento de peças refratárias, como inibidores de turbulência e válvulas submersas. Equipamentos até então pouco conhecidos, como os agitadores eletromagnéticos, foram modelados e seus efeitos sobre a qualidade do aço puderam ser desvendados.

The aim of this paper is to show the numerical modeling tool application in the steelmaking processes and the latest advances developed at LASID/UFRGS. Studies in continuous casting and secondary refining operations will be shown. The numerical modeling consists, basically, of solving the differential equations that govern the phenomena through a numerical method. The most usual ones are the finite volume method and the finite element method, traditionally used on the fluid flow and electromagnetic problems, respectively. The numerical modeling of a process can be divided in steps: problem analysis, in which the approximations and assumptions are done; the pre-processing, in which the geometric and phenomenological characteristics are inserted; the problem solution and the post- processing, in which the results are analyzed. In the secondary metallurgy, the gas-stirred ladle models have been used in the understanding of drag and emulsification slag phenomena, as well as in the mixture time and inclusion removal evaluation. In the continuous casting, the numerical modeling has been used successfully in the tundish flow optimization, in refractory parts projects, such as turbulence inhibitors and nozzles. The electromagnetic stirrers, little known till now, were modeled and their effects on the steel quality were clarified.

Keywords

Lingotamento contínuo; Modelagem numérica; Dinâmica dos fluidos computacional; Modelos matemáticos.

Continuous casting; Numerical modeling; Computational fluid dynamics; Mathematical models.