Mathematical modeling of inclusion removal from steel during ladle teeming during inert gas injection

Abstract

Produtos siderúrgicos estão presentes em diversas aplicações no mundo contemporâneo, das quais muitas exigem controle do teor de impurezas. Com o progresso tecnológico e a competição globalizada, tais requisitos vêm se tornando cada vez mais rigorosos. Nesse contexto, a melhoria contínua dos processos se faz necessária. No entanto, as altas temperaturas e os riscos operacionais dificultam o estudo do processo diretamente no equipamento industrial. Dessa forma, modelos experimentais e matemáticos são frequentemente utilizados com o fim de analisar fenômenos físicos envolvidos na produção do aço e prever a eficácia de diferentes alternativas na qualidade do produto final. Nesse trabalho, um modelo matemático foi desenvolvido com o objetivo de estudar a remoção de inclusões não-metálicas do aço durante a drenagem da panela. Diferentes abordagens de modelagem matemática foram testadas a fim de se obter o modelo que melhor representasse o fenômeno a ser estudado, o que foi verificado através da comparação com resultados experimentais obtidos em um modelo físico de uma panela industrial. Verificou-se que o modelo matemático no qual as movimentações da superfície livre foram representadas apresentou resultados mais compatíveis com os experimentos. Além disso, observou-se que os resultados de remoção de inclusões foram bastante sensíveis ao critério de remoção utilizado nos modelos, de forma que um critério customizado foi adotado. Através do modelo desenvolvido, foram estudados os efeitos da vazão de gás e do tempo de tratamento de rinsagem. Observou-se que, nas faixas de valores estudados, ambos mostraram correlação positiva com a remoção de inclusões do aço na panela, com maior relevância para o tempo de rinsagem.