Efectos del Sistema de Alimentación sobre la Dinámica del Acero Líquido en un Molde de Planchón

Abstract

En el presente trabajo se estudia la dinámica de fluidos dentro de un molde para planchón (1650 x 200 x 1500 mm) influenciado por el sistema de alimentación utilizado industrialmente de válvula deslizante; a tres velocidades de colada (0.9, 1.3 y 1.65 m/min) y a profundidades de inmersión de 95 y 185 mm de la buza sumergida SEN (por sus siglas en inglés, Submerged Entry Nozzle). Se desarrolló un modelo computacional de flujo de fluidos transitorio con enfoque LES (Large Eddy Simulations) y RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), ambos modelos de turbulencia acoplados con el modelo de flujo multifásico VOF (Volume of Fluid); Los resultados obtenidos de las simulaciones matemáticas fueron validados con la construcción de un modelo físico en acrílico a escala real 1:1, utilizando técnicas de caracterización de velocimetría de partículas por imagen (PIV), sensores de nivel en el menisco e inyección de trazador captados con ayuda de videograbaciones. La estructura del patrón de flujo influenciado por el sistema de alimentación mostro mayor turbulencia dentro del molde para las velocidades más altas, además se encontró que este mismo sistema ofrece flujos desviados a la salida de los puertos de descarga de la buza hacia la pared trasera ancha del molde, esto mismo causado por el alto gradiente de velocidad dentro del cuerpo de la SEN, el flujo desviado fue corregido mediante el rediseño de la SEN, adicionando deflectores dentro del cuerpo de la SEN. Se observó grandes perturbaciones en el área del menisco a velocidades altas de colada (1.3 y 1.65 m/min). Los resultados obtenidos de las simulaciones matemáticas con el modelo de turbulencia k-ε predicen aceptablemente los campos de velocidades y la estructura del flujo, pero en contraste con el modelo LES se obtuvo una mejor concordancia con resultados medidos experimentalmente. Finalmente, se estudió la influencia de la inmersión de la SEN, monitoreando las grandes perturbaciones en el menisco, se encontró que a una inmersión de 95 mm de la SEN, el menisco se vuelve más inestable y susceptible a la formación de vórtices de tamaño crítico.

In the present work the fluid dynamics was studied inside a slab mold (1650 x 200 x 1500 mm) influenced by the feed system used industrially of slide gate; At three casting speeds (0.9, 1.3 and 1.65 m / min) and to the immersion depths of 95 and 185 mm of the Submerged Entry Nozzle, SEN. A computational model of transient fluid flow was developed with the LES (Large Eddy Simulations) and RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) approach, both models of turbulence coupled with the VOF (Volume of Fluid) multiphase model; The results obtained from the mathematical simulations were validated with the construction of a physical model in acrylic, using techniques of characterization Particle Image Velocimetry, sensors of level in the meniscus and video recordings. The structure of the flow pattern influenced by the feed system delivers increased turbulence inside the mold for the two higher speeds, the also found that the same system offers the flows biased to the exit of the ports of the discharge of the ports towards the wall wide of the mold, this caused by the high velocity gradient inside the SEN body, the biased flow was corrected with the redesign of the SEN, adding rings inside the body of the SEN. Large disturbances were observed in the meniscus area at high casting speeds (1.3 and 1.65 m/min). The results obtained from the mathematical simulations with the k-ε turbulence model predict acceptable fields of velocity and flow structure, but in contrast to the LES model, a better concordance with experimentally measured results was obtained. Finally, the influence of SEN immersion was studied, monitoring the disturbances in the meniscus. A 95 mm dive from the SEN was found to be more unstable and susceptible to the formation of critical-sized vortices.