Modelamento matemático das perdas térmicas em panelas de aciaria.

Master thesis Portuguese OPEN
Duarte, Izabela Diniz (2015)
  • Subject: Metalurgia | Análise térmica | Empresas - finanças - modelos matemáticos

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Durante as etapas de refino secundário e de lingotamento, o aço líquido encontra-se dentro da panela na aciaria. Uma das consequências do tempo de residência do aço na panela são as trocas térmicas ao longo do processo. O controle da temperatura do aço líquido é condição essencial para que o produto final apresente um alto nível de qualidade. Este trabalho busca avaliar a transferência de calor a partir do aço, para o refratário da panela e para a camada de escória, utilizando modelos semi-analíticos e numéricos (Computational Fluid Dynamics – CFD) via Ansys/CFX. Os resultados foram comparados com dados disponíveis na literatura e servem de apoio para a previsão de temperatura nos processos industriais. Foi considerada e avaliada a influência de diferentes parâmetros envolvidos no processo como espessura da camada de escória, tipo de revestimento refratário utilizado na panela e a temperatura inicial de processo. As perdas térmicas para os refratários laterais e do fundo da panela se mostraram maiores se comparadas com as perdas térmicas para a camada de escória. A escória fornece uma camada de isolamento sobre a superfície do aço líquido porém, a espessura da camada de escória apresenta uma relação bem menos significante do que o tipo de refratário utilizado bem como a sua temperatura de encharque inicial, perante os fluxos de calor instaurados no sistema. Uma equação para se determinar o fluxo de calor na superfície da camada de escória foi proposta considerando o estado físico bifásico da mesma. _____________________________________________________________________________________ ABSTRACT : Throughout the secondary refining and the continuous casting steps the steel melt is kept inside the ladle on steel shop. One of the consequences of the melt´s residence time in the ladle along the process is heat losses and decreasing temperatures. Controlling liquid steel temperature is essential for achieving a final product with high quality. This study comes to evaluate heat transfer from the steel to the refractory of the ladle and the slag layer, using semi-analytical and numerical (Computational Fluid Dynamics – CFD) models. The goal is to determine steel temperature evolution during the holding time between the release of the ladle after secondary refining and the opening of the same in the casting. The modeling results have been compared with data available in the literature and may be used as a guide for forecasting ladle steel temperature in industrial processes. The influence of different parameters such as thickness of the slag layer, type of refractory lining used in the ladle and the initial temperature has been taken in consideration. Heat losses to the wall and the bottom refractory of the ladle are larger compared to the thermal losses to the slag layer. The slag provides an insulating layer on the surface of the molten steel however, the thickness of the slag layer shows a much less significant effect than the refractory type and its initial soaking temperature. An equation for determining the heat flux at the surface of the slag layer has been proposed considering the biphasic physical status.
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