Modelagem física e computacional do fluxo de aço em panela com agitação por gás inerte, com ênfase na separação de inclusões.

Abstract

Devido ao aumento das exigências de qualidades dos aços, as empresas siderúrgicas têm melhorado continuamente seus processos e produtos. Os aços “clean steel”, são exemplos de produtos desenvolvidos para atender a um nível superior de qualidade. “Clean Steel” ou aço limpo pode significar menor número de impurezas ou residuais (Cu, Sn, por exemplos) e baixos níveis de inclusão. A homogeneização do banho, através da agitação do aço líquido, é um fator importante durante o processo siderúrgico, já que a homogeneização térmica e da composição química é um dos requisitos crítico do processo. A fim de minimizar os efeitos negativos das inclusões pode-se melhorar a taxa de remoção destas durante o refino secundário do aço e/ou modificar a morfologia e composição das inclusões. A remoção de inclusões está relacionada a fenômenos de fluxo. Assim, este trabalho é baseado em duas abordagens principais: 1 - Estudar o comportamento fluidodinâmico do aço líquido em uma panela de aciaria com injeção de gás inerte. Modelagem física e matemática (CFD) foram empregadas para avaliar a influência da taxa de injeção e da distribuição do gás, além da posição do plugue poroso sobre o campo de velocidade. O modelo numérico – CFD, foi validado pelas medições realizadas via “Particle Image Velocimetry” (PIV). 2 - A evolução do teor de inclusão de um aço acalmado ao alumínio foi avaliada através das análises de TOS e MEV. Como resultado, foi desenvolvido um modelo macroscópico para prever a remoção de inclusão com base nos mecanismos de Saffman & Turner e de Stokes. Ao final, evidenciou-se a influência de parâmetros operacionais, como vazão de gás injetado e tempo de tratamento, na flotação de inclusões não metálicas. A condição e vazão de 33,5 Nm3/h foi mais eficiente na remoção de inclusões, e as inclusões remanescentes eram menores nesta condição. Observou-se aumento da homogeneização do banho com a adição de mais um plugue poroso, com queda de 9% no tempo de mistura, quando se divide a mesma vazão de gás simetricamente entre os dois plugues. E o modelo matemático proposto mostrouse eficiente para descrever esse processo industrial.