Title

APLICAÇÃO DE FERRAMENTAS DE OTIMIZAÇÃO NUMÉRICA PARA REFRATÁRIOS DE DISTRIBUIDOR

APPLICATION OF NUMERICAL OPTIMIZATION TOOLS FOR TUNDISH REFRACTORIES

Authorship

Resende, Alexandre Dolabella; Borges, Rodrigo Nazareth; Freire, Rubens Alves

Resende, Alexandre Dolabella

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Borges, Rodrigo Nazareth

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Freire, Rubens Alves

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DOI

10.5151/1982-9345-31955

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Abstract

O mobiliário do distribuidor tem um papel fundamental ao influenciar o padrão de fluxo no equipamento, fornecendo as condições necessárias para a produção de aços limpos. O inibidor de turbulência dissipa a energia cinética do jato de entrada e direciona o fluxo para a superfície, aumentando o tempo de residência do aço, a eficiência de mistura e flotação de inclusões no distribuidor. Além disso, barragens e diques também aumentam o caminho médio do fluxo em direção aos veios, melhorando ainda mais as condições operacionais para produção de aços de qualidade. No entanto, para obter o máximo benefício de limpidez do aço, é essencial que o projeto desses refratários seja ótimo para o distribuidor específico em consideração. Nesse estudo, a aplicação de ferramentas de otimização numérica no projeto de refratários de distribuidor é apresentada. As otimizações são baseadas nos resultados de simulações numéricas fluidodinâmicas (CFD). Primeiro, um estudo de otimização do projeto do inibidor de turbulência é apresentado. O formato do inibidor de turbulência é otimizado visando múltiplos objetivos, sendo eles: valor mínimo de energia de turbulência na escória, valor mínimo de tensão de cisalhamento no revestimento e máximo valor para o tempo de residência do aço. Posteriormente, a otimização do posicionamento e projeto do dique e da barragem é realizado, com o único objetivo de maximizar o valor do tempo de residência do aço. Os resultados dos estudos de otimização mostram que essa é uma ferramenta valiosa para fornecer melhores soluções refratárias para dar suporte à produção de aços limpos.

The tundish furniture plays a significant role in influencing the flow pattern in the vessel, providing the necessary conditions for clean steel production. The impact pot dissipates the entry jet kinetic energy and directs the flow to the surface, enhancing the molten steel residence time, mixing efficiency and inclusion flotation in the tundish. Moreover, weirs and dams also increase the average flow path towards the strands, further improving the operational conditions for higher quality requirements. Nevertheless, in order to obtain the maximum benefit of steel cleanliness, it is essential that their design is optimum for the specific tundish in consideration. In this study, the application of numerical optimization tools in the design of tundish refractories is presented. The optimizations are based on the results of CFD (Computational Fluid Dynamics) numerical simulations. First, an optimization study of an impact pot design is shown. The impact pot shape is optimized aiming for multiple objectives, being: minimum value of turbulent energy at the slag, minimum value of wall shear stresses at the lining and maximum value of steel residence time. Then, the optimization of the positioning and design of the weir and dam is performed, with the single goal of maximum value for the steel residence time. The results of the optimization studies show that this is a valuable tool to provide better tundish refractory solutions to support clean steel production.

Keywords

distribuidor; simulação numérica, otimização; refratário

Tundish; Numerical Simulation; Optimization; Refractory