Avaliação do efeito da injeção de gás sobre a flotação de inclusões em um distribuidor de lingotamento contínuo

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-14T19:10:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_disserta__o___ppgem___vers_o_final___alexandre___2014675320.pdf: 10856589 bytes, checksum: 89e2a6124ed3a62cc1a6027f58ef84ea (MD5) Previous issue date: 28A produção de aços de alta qualidade interna e superficial exige das empresas siderúrgicas desenvolvimentos de processos produtivos especiais, com alto rigor de controle. Isto é feito para atender a uma demanda de mercado cada vez mais exigente de aplicações de aços com alto desempenho e elevado nível de limpidez. A aciaria faz uso de diversas técnicas para controle e redução das inclusões não metálicas presentes no aço. Entre elas, destacam-se: o controle do teor de oxigênio nos aços no convertedor, a prática de desoxidação do aço no vazamento, o processo de flotação de inclusões no refino secundário e o uso dos modificadores de fluxos no distribuidor do lingotamento contínuo. Em particular, no distribuidor existem modificadores de fluxo como os diques, barragens e inibidores de turbulência, que podem agregar condições favoráveis à remoção dessas inclusões.A remoção de inclusões no distribuidor de lingotamento contínuo tem sido intensamente investigada por meio de modelamento físico e matemático. Recentemente, a injeção de gás no distribuidor tem sido considerada como uma alternativa para aprimorar a remoção de inclusões. Vários trabalhos vêm sendo desenvolvidos analisando os efeitos da injeção de gás e sua interação com as inclusões. No entanto, há espaço para mais investigações envolvendo o efeito da vazão do gás, da localização do sistema de injeção de gás e da distribuição dasbolhas na eficiência de remoção de inclusões. Para o presente trabalho foi usado um modelo físico construído em uma escala 1:3 de um distribuidor industrial de 40 toneladas de capacidade nominal, para analisar o efeito da injeção de gás no padrão do fluxo de fluído e na remoção de inclusões. Foi avaliada a eficiência global de remoção de inclusões, na saída do sistema, para diferentes posições e vazões de injeções dos plugues, isso para duas configurações internas específicas do distribuidor, por método on-line de contagem de inclusões. Também foram realizados experimentos para a determinação de curvas de distribuição de tempos de residência, DTR, para algumas condições específicas de escoamento. Com isso foi possível confrontar a eficiência de remoção de inclusões efetiva com os parâmetros de escoamento obtidos pelas curvas DTR e caracterizar qual configuração de sistema é mais eficiente para a limpidez do aço. O estudo comprova que existe melhoria na eficiência de remoção de inclusões do aço líquido para distribuidor com modificadores de fluxo em relação aos sem modificadores. Para a configuração do distribuidor com injeção de gás, novamente tem-se uma melhor eficiência de remoção de inclusões, tanto nas configurações sem e com modificadores de fluxo. Em linhas gerais, a análise das curvas de distribuição de tempos de residência mostrou que a relação entre o volume pistonado e o volume morto diminuía à medida que a vazão de gás injetada e a eficiência de remoção aumentavam. Desta forma, a análise exclusiva dos volumes característicos do escoamento do distribuidor não é suficiente para concluir qual é a melhor configuração interna do distribuidor objetivando a máxima eficiência de remoção de inclusões. A melhor eficiência de remoção de inclusões foi para a configuração do distribuidor com diques e barragens, com plugue posicionado a 56cm de afastamento da válvula longa e operando com uma vazão entre 2 e 3Nl/min, isso por apresentar uma eficiência de remoção de inclusões de 75%, e por ter um nível de perturbação aceitável na interface metal/escória pelo afloramento do gás.The technological development of steel grades with high internal and superficial quality requires special manufacturing processes with accurate control. This development is aimed at supplying steel products with high mechanical performance and cleanliness level to competitive markets. The steelmaking industry uses several techniques to control and reduce the effects of non-metallic inclusions in steel. The main control items are the oxygen content of the steel in the converter, practice of steel deoxidation, floatation of inclusions during secondary refining and the use of flow modifiers in the tundish. There are different kinds of flow modifiers, such as weirs, dams and impact pad (turbulence reducing) that can lead to appropriate conditions for inclusion removal.The removal of inclusions in the continuous casting tundish has been intensively investigated through physical and mathematical modeling. Recently, gas injection in the tundish has been considered as an alternative to improve inclusion removal. Several works have analyzed the effects of the gas injection and its interaction with the inclusions. However, there are opportunities for more investigations regarding theeffect of gas flow rate, location of the gas injection system and bubble distribution on the inclusion removal efficiency. In the present work, a physical model of an industrial tundish with nominal capacity of40 metric tonnes, built in a 1:3 scale, was used to analyze gas injection and its effect on the fluid flow pattern and inclusion removal. The overall inclusion removal efficiency was evaluated in the system output for different positions and rates of gas injection flow from the plugs, for two specific tundish internal settings, using online inclusions counting method. Also, experiments were carried out to determine residence timedistribution curves, RDT, for specific flow conditions. The parameters determined the removal efficiency were compared to the RTD curves to decide which system configuration is more efficient for the cleanliness of the steel. The study demonstrates that there is improvement in the efficiency of inclusion removal for tundish with flow modifiers compared to tundish without flow modifiers. Configurations of tundish with gas injection have a better inclusion removal efficiency, in both configurations, without and with flow modifiers. In general, analysis of residence time distribution curves demonstrated that the ratio between the plug volume and dead volume decreased as the injected gas flow rate andremoval efficiency increased. Thus, only the analysis of the characteristic volumes of the tundish is not sufficient to conclude which internal tundish configuration is the best one aiming at maximum efficiency of inclusions removal. The best inclusion removal efficiency was obtained in a tundish with weir and dam, with plug positioned at 56cm of distance from the ladle shroud and operating with gas flow rate between 2 to 3Nl/min. This configuration presented a removal efficiency of 75%, and has an acceptable disturbance level in the metal/slag interface due to the gasrelease