Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AJVR3R| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Efeitos da incorporação de modelos de quebra e coalescência de bolhas em simulações multifásicas de processos de refino de aços |
| Authors: | Carlos Eduardo Passagli Barral |
| First Advisor: | Roberto Parreiras Tavares |
| First Referee: | Manoel Robério Ferreira Fernandes |
| Second Referee: | Viviany Geraldo |
| Third Referee: | Breno Totti Maia |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Sergio Luiz de Souza Costa |
| Abstract: | A fabricação de aço liquido envolve diversos processos, e nestes, é possível identificar uma variedade de fenômenos que, de forma majoritária, envolve a interação entre gás, na forma de bolhas e o aço líquido. Além disso, a maioria dos estudos que caracterizam a fluidodinâmica nestes processos considera que as bolhas têm diâmetro fixo, desconsiderando, portanto, a variação em seus tamanhos, proveniente da quebra e coalescência das mesmas. Em um dos processos utilizados nas panelas de aciaria para homogeneizar quimicamente e termicamente o aço, a rinsagem, observa-se que o tamanho das bolhas tem influência tanto no tempo de mistura quanto na capacidade de flotar as inclusões. Percebe-se também que a produção de aços especiais, com ultra-baixo teor de carbono utiliza processos de refino a vácuo, tendo como um de seus maiores representantes, o desgaseificador RH. Nesse sentido, a alta demanda por aços de ultra-baixo teor de carbono exige melhorias no processo de desgaseificação do aço que só pode ser alcançada com o avanço tecnológico neste reator. Tornando-se importante o estudo aprofundado sobre os aspectos fundamentais dos fenômenos que o regem. Neste trabalho foram realizadas modelagens físicas e matemáticas na panela de aciaria com o objetivo de compreender o comportamento das bolhas durante este tipo de operação, por meio dos estudos de curvas de tempos de mistura, perfis de distribuição de tamanho de bolhas e perfis de velocidade das bolhas obtidas tanto por modelagem física quanto matemática. Considerou-se nesse estudo dois modelos distintos de quebra e coalescência das bolhas na modelagem matemática, o modelo de múltiplos grupos de tamanho (MUSIG) e o modelo de diâmetros dispersos (DDM). Os tempos de mistura (considerando 95% de mistura) obtidos pelos dois modelos de quebra e coalescência foram muito semelhantes, mas foi possível perceber que o uso inadequado de um diâmetro fixo nas modelagens pode acarretar desvios significativos nos resultados. Também foi percebido que apesar das médias dos tamanhos de bolhas obtidos pelo MUSIG e pelo DDM serem semelhantes, a variância apresentada pelo MUSIG é muito menor e diverge do comportamento observado em modelagem física, ao contrário do DDM, que se aproximou de forma satisfatória. Também foi avaliado o efeito da quebra e coalescência das bolhas em um desgaseificador a vácuo RH, através dos perfis de distribuição do tamanho de bolhas e da construção de curvas de taxa de circulação em função da vazão de injeção de gás na perna de subida, que foram comparadas por método estatístico com a obtida por modelagem física. Os perfis de tamanho de bolhas não puderam ser comparados com modelagem física em função da geometria do reator, mas a taxa de circulação apresentou resultados qualitativamente razoáveis tanto quando as bolhas foram consideradas com tamanho fixo de 10mm, quanto com a consideração de quebra e coalescência de bolhas (MUSIG e DDM), contudo, todos os modelos apresentaram um certo desvio dos resultados experimentais. A comparação estatística demonstrou que o modelo de quebra e coalescência DDM apresentou a melhor aproximação com os resultados experimentais. |
| Abstract: | The steelmaking involves several processes, where it is possible to identify a great variety of phenomena. These process has in his structure the interaction between gas in the form of bubbles and liquid steel. Furthermore, most studies using the fluid in these processes considers that the bubbles have a fixed diameter, excluding therefore the variation in their sizes, from breaking and coalescence of them. In one of the processes used in steelmaking ladles to homogenize chemically and thermally the steel called rinsing, it is observed that the size of the bubbles affects both the mixing time and in the capacity to flotation of the inclusions. It's possible to notice also that the production of special steels, with ultra-low carbon use vacuum refining process, having as one of its greatest representatives, RH degasser. In this sense, the high demand for ultra-low carbon steels requires improvements in the steel degassing process that can only achieve better results with the technological advancement in this reactor. In this case, is necessary to study the fundamental aspects of phenomena that govern it. In this work were carried out physical and mathematical modeling in the steelmaking ladle in order to understand the behavior of bubbles during this operation, using the study of mixing times curves, bubble size distribution profiles and the velocity of the bubbles profiles was obtained by physical and mathematical models. Were considered in this study two different models of break and coalescence of bubbles in the mathematical modeling, the multiple size groups (MUSIG) and dispersed diameters model (DDM). The mixing times (considering 95% mixture) obtained by the two models breaking and coalescence were very similar, but it was revealed that the inappropriate use of a fixed diameter in the modeling may result in significant deviations in the results. It was also noticed that although the average size of bubbles obtained by Musig and the DDM are similar, the variance presented by MUSIG is much smaller and differs from the behavior observed in the physical modeling, unlike DDM, which approached satisfactorily. Was evaluated the effect of the break and coalescence of bubbles in a vacuum degasser RH using the distribution profiles of bubble size and the construction of flow rate curves as a |
| Subject: | Engenharia metalúrgica Aço Metalurgia Modelos matemáticos Metalurgia extrativa |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AJVR3R |
| Issue Date: | 29-Jul-2016 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| tese_final.pdf | 4.95 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.