Abstract:
RESUMEN:
La inyección de argón en las buzas de moldes de colada continua se usa para desprender las inclusiones de alúmina que se pegan sus paredes y puertos de descarga. Sin embargo, las burbujas generadas por esta inyección pueden afectar a la calidad del producto final ya que pueden quedar atrapadas en el frente de solidificación, arrastrar inclusiones de alúmina en su superficie o escoria del molde; generando defectos como blisters o slivers. La presencia de estos y otros posibles defectos está definitivamente relacionado con la proporción de acero líquido colado y de argón inyectado. En general, para una velocidad de colada en aumento debe aumentarse también el flujo de argón, o bien, para una velocidad de colada de acero existe un flujo óptimo de argón que nos garantice la calidad del producto. Aun cuando esto se ha estudiado profundamente las preguntas centrales de cuál sería la practica más apropiada de flujo de argón para determinadas condiciones de operación permanecen.
Para contribuir en parte a la solución de este problema, en el presente trabajo se simuló matemáticamente la inyección de argón usando un modelo Euleriano acoplado con el modelo Concentración del Área Interfacial (IAC), probando su capacidad predictiva con mediciones de tamaños de las burbujas y campos de velocidad en el sistema agua – aire, utilizando como referencia datos de simulaciones físicas con las que ya se contaba, las cuales fueron una réplica a escala real de un sistema acero – argón.
En primer lugar se calculó un campo de velocidades para la fase continua, usando un modelo de turbulencia y en base a ello se acoplaron los modelos multifasicos para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes para las fases continua (agua) y dispersa (aire), alimentando también un tamaño promedio de burbuja. De acuerdo a los resultados obtenidos, se pudo hacer una comparación de los resultados experimentales con la simulación matemática, para validar el modelo matemático y cuantificar los efectos de variables como la fracción volumen de gas en los patrones de flujo y en el tamaño de las burbujas.
ABSTRACT:
The injection of argon in the continuous casting molds is used to detach the alumina inclusions that stick to their walls and discharge ports. However, the bubbles generated by this injection can affect the quality of the final product since they can be trapped in the solidification front, drag inclusions of alumina on its surface or slag from the mold; generating defects such as blisters or slivers. The presence of these and other possible defects is definitely related to the proportion of cast liquid steel and injected argon. In general, for an increasing casting speed, the flow of argon must also be increased, or, for a steel casting speed, there is an optimum flow of argon that guarantees the quality of the product. Even though this has been deeply studied the central questions of what would be the most appropriate practice of argon flow for certain operating conditions remain.
To contribute in part to the solution of this problem, in this work the argon injection was simulated mathematically using an Eulerian model coupled with the model of Interfacial Area Concentration (IAC), testing its predictive capacity with measurements of bubble sizes and fields of velocity in the water - air system, using as a reference the data of physical simulations in which it was already counted, that were a real - scale model of a steel - argon system.
First, a velocity field was calculated for the continuous phase, using a turbulence model and based on this the multi-phase models were coupled to solve the Navier-Stokes equations for the continuous (water) and dispersed (air) phases, also feeding an average bubble size. According to the results obtained, a comparison of the experimental results with the mathematical simulation could be made, to validate the mathematical model and quantify the effects of variables such as the volume fraction of gas in the flow patterns and bubbles size.
Description:
Tesis (Maestría en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica), Instituto Politécnico Nacional, SEPI, ESIQIE, 2017, 1 archivo PDF, (78 páginas). tesis.ipn.mx