Caracterização de fluxo em molde de beam blank alimentado por apenas uma válvula submersa de geometria variável.

Abstract

É uma estratégia comum, em processos de lingotamento contínuo de beam blank, a utilização de apenas uma válvula submersa, em função das dificuldades operacionais de se trabalhar utilizando duas. O desafio é desenvolver uma geometria de válvula que garanta uma solidificação mais homogênea no molde. Neste estudo foram determinadas as características do fluxo em molde de beam blank quando se usa somente uma válvula submersa. Os tipos de válvula analisados foram a tubular e uma composta por três portas laterais na saída, espaçados a 120°. Modelagem física e matemática foram empregadas para avaliar a distribuição de velocidades no plano de simetria e em planos paralelos a superfície do flange. A utilização de uma única válvula tubular resultou em aumento na profundidade de penetração do jato, porém em relação ao campo de velocidade na região do menisco não houve variação significativa em comparação com a utilização de duas válvulas tubulares. Os valores de flutuação superficial para este tipo de válvula foram inferiores ao da válvula com portas laterais e independentes da vazão de fluido. Para a válvula submersa com portas laterais os resultados evidenciaram a existência de maiores intensidades de flutuação do menisco e altas velocidades de impacto dos jatos de líquido no centro do flange oposto e nas quinas do flange adjacente à válvula. Para as condições investigadas, a intensidade de flutuação do menisco foi dependente da inclinação das portas de saída, da profundidade de imersão da SEN e da velocidade de lingotamento. Enquanto que, as velocidades de impacto no flange não foram fortemente afetadas pela variação destes ângulos das portas da válvula submersa. Os resultados obtidos via modelagem matemática estão em boa concordância com os de simulação física. __________________________________________________________________________________________

ABSTRACT : It’s a common strategy in continuous casting process of beam blank the use of only one submerged entry nozzle due to operational difficulties related to the simultaneous use of two of them. The challenge is to develop a nozzle design that guarantees a more homogenous solidification in the mold. This work is related to the flow pattern in a beam blank mold when a single submerged entry nozzle is used. The SEN designs were a straight through tubular nozzle and a nozzle with three lateral ports distancing 120° from each other. Physical and mathematical modeling have been used to evaluate the velocity distribution and the meniscus behavior. One straight tubular nozzle leads to a deeper jet penetration, but the velocity distribution at the meniscus region is not remarkably different as compared to velocity distribution when two tubular nozzles are simultaneously employed. One straight tubular nozzle is characterized by surface oscillation which is almost independent of liquid flow rate. Surface oscillation and impact velocity at flange surface were significantly larger than those developed by the single straight tubular nozzle. The intensity of surface oscillation was found to be dependent on port angle, nozzle immersion depth and casting rate. The impact velocity at flange surface was not affected by the port angles. A good agreement between results from mathematical and physical modeling has been found.