Avaliação do efeito de injeção de gás na remoção das inclusões em distribuidor de lingotamento contínuo por meio de modelagem matemática

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorA crescente demanda por aços de alta qualidade exige das empresas siderúrgicas aprimoramento dos seus processos e alto rigor de controle. Nesse sentido, a remoção de inclusões no distribuidor de lingotamento contínuo tem sido amplamente estudada por meio de modelagens física e matemática. Além dos modificadores de fluxo, tem se considerado a injeção de gás no distribuidor como alternativa para intensificar a remoção de inclusões. Apesar de existir muitos estudos desenvolvidos sobre essa técnica, há espaço para análises mais profundas quanto à eficiência de remoção de inclusões envolvendo o efeito da vazão de gás, da localização do sistema de injeção. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a eficiência da remoção de inclusões no distribuidor de lingotamento contínuo com injeção de gás empregando modelagem matemática. Esse modelo foi desenvolvido utilizando o software de CFD comercial ANSYS CFX. Foi proposta e implementada, via sub-rotina, uma nova condição de contorno para o comportamento das partículas quando atingem a superfície livre, possibilitando a validação do modelo com os resultados experimentais de MENDONÇA (2016). Foi verificada a necessidade de modelar matematicamente o efeito da turbulência sobre o comportamento das inclusões. Foi observado que o emprego de modificadores de fluxo associados à injeção de gás não implicam em melhores índices de remoção de inclusões. As configurações com apenas o sistema de injeção de gás apresentam maior eficiência de remoção de inclusões para as partículas menores, ao passo que a utilização dos modificadores de fluxo beneficia a flotação das partículas maiores. Com o modelo matemático, as posições do plugue de injeção de gás e dos modificadores de fluxo foram avaliadas. A melhor eficiência de remoção de inclusões foi para a configuração do distribuidor com barragem, com plugue posicionado a 56cm de afastamento da válvula longa e operando com de 3NL/min.The increasing demand for high quality steels requires continuous improvement and strict control of the process by the steel companies. Therefore, the removal of inclusions in the continuous casting tundish has been extensively studied through physical and mathematical modeling. In addition to the flow modifiers, the injection of gas in the tundish has been considered as an alternative to intensify the removal of inclusions. Although there are many studies developed on this technique, there is demand for further investigation regarding the efficiency of removal of inclusions involving the effect of the gas flow, the location of the injection system. The main aim of the present study was to evaluate the efficiency of inclusion removal in a continuous casting tundish with gas injection through mathematical modelling. The model was developed using commercial CFD software ANSYS CFX. A special boundary condition to describe the behaviour of the particles at the free surface was proposed and implemented by a subroutine. The numerical results were validated through the experimental results of MENDONÇA (2016). The results demonstrated that the association of flow modifiers and gas injection system in the tundish does not imply in an improvement of the inclusion removal efficiency. Configurations of tundish without flow modifiers and with gas injection exhibit greater removal efficiency of inclusions for the smaller particles, while the use of the flow modifiers improves the flotation of larger particles. Additional configurations were studied using the mathematical model. The greater removal inclusion efficiency was achieved in the tundish with a dam and the plug positioned at 56cm of distance from the ladle shroud and operating with gas flow rate of 3NL/min