Título

MODELAMENTO FÍSICO E SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO COMPORTAMENTO DA CAMADA DE ESCÓRIA NUMA PANELA AGITADA COM GÁS

PHYSICAL MODELLING AND NUMERICAL SIMULATION OF THE SLAG LAYER BEHAVIOR IN A GAS-STIRRED LADLE

Autoria

Trindade, Leonardo Barboza; Pereira, Júlio Aníbal Morales; Vilela, Antônio Cezar Faria

DOI

10.5151/2594-5300-0043

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Resumo

A presença de uma camada de escória é usual nas operações de fabricação do aço. Durante o tratamento de agitação do aço líquido desenvolve-se na superfície do banho uma área não coberta pela escória denominada “olho”, pela qual reações indesejáveis irão ocorrer com o ar (reoxidação). Simultaneamente, na interface banho- escória, se desenvolvem fenômenos de emulsificação que auxiliam na aceleração das reações de refino, mas que em altas vazões de gás pode ser uma fonte de geração de inclusões. Foram realizados ensaios em modelo físico usando água, ar e querosene para simular o aço, argônio e escória, respectivamente. Paralelamente, foram feitas simulações numéricas desse escoamento com o objetivo de comparar os resultados calculados com os experimentais. A abertura do olho na camada de querosene foi dimensionada em função da vazão de gás e das diferentes espessuras dessa camada. Os resultados mostraram uma relação linear entre a vazão de ar e o diâmetro de olho. Com o aumento na espessura da camada de escória, observou-se uma diminuição no diâmetro do olho. A boa concordância entre o modelo físico e a simulação numérica permitirá que se possa construir um modelo numérico em escala plena do escoamento na panela. Esse modelo permitirá que se possa quantificar os fenômenos de emulsificação e arraste de escória com as propriedades físicas dos fluidos utilizados na prática.

 

In the steelmaking refining process it is common to use a slag layer covering the steel bath. During the steel stirring by argon, an area not covered by the slag, called “spout eyes”, develops on the bath surface where undesired side reactions with air can occur. Simultaneously, at the interface bath-slag, emulsification phenomenon that help the refining reactions develops, but in high flow rates it can give origin to inclusions. Experiments were carried out in a physical model using water, air and kerosene to simulate the steel, argon and slag, respectively. At the same time, numerical simulations of this fluid flow were developed to compare with the experimental results. The spout eye on the kerosene layer was measured and calculated as function of the gas flow rate and the thickness of the layer. The results show a linear relationship between the gas flow rate and spout eye diameter. As the thickness of the layer increases the eye diameter decreases. The good agreement between the physical model and the numerical simulations will create conditions to build a numerical model of a real ladle. With this model it will be possible to quantify the emulsification phenomenon and the slag entrapment that occur in the industrial practice.

Palavras-chave

Modelamento físico, simulação numérica de fluidos (CFD), agitação por gás na panela.

Physical modelling, Computational Fluid Dynamics (CFD), gas- stirred ladle.