Chap6_fluxo no molde
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Chap6_fluxo no molde


DisciplinaLingotamento Contínuo de Aços30 materiais67 seguidores
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na face estreita 
Velocidade de menisco excessiva 
Flutuação de nível de molde excessiva 
Camada rasa de escória perto da face estreita 
Arraste de pó de molde 
Defeitos relacionados ao pó (slivers. 
pipe) 
Perda de lubrificação 
Breakout 
Alarme de breakout 
EMLS 
Duplo rolo ótimo - 
Duplo rolo pouco intenso 
- 
Pouca transferência de calor ao menisco 
Baixa velocidade de fusão do pó 
Baixa velocidade de menisco 
Defeitos devido à Alumina 
Menisco frio 
Bolsões de escória 
Alarme de colamento 
EMLA 
Completamente instável e 
com transição Sim-
ples/Duplo 
- 
Reversão do fluxo de aço 
Aumento abrupto/local de velocidade de menis-
co 
Entranhamento de pó 
Formação de vortices 
Eventos de qualidade 
Placas de qualidade inferior 
Vários defeitos não explicados 
EMLA 
Rolo simples 
Redução da camada de escória perto da SEN 
Fluxo direto de aço na direção da face estreita 
Arraste de bolhas de argônio e inclusões aos 
cantos da placa 
Trincas longitudinais no meio da face 
larga 
Inclusões de Alumina 
Bolhas de Argonio e inclusões acumuladas 
em uma faixa de 30 cm ao longo do cantos 
da placa 
EMLA 
Fluxo tendencioso Direi-
ta/Esquerda 
Fluxo assimétrico não balanceado 
Flutuações de nível- 
Camada de escória não uniforme 
- 
Acumulação de bolhas e inclusões em um 
dos lados 
Forças assimétricas 
Fluxo pouco intenso no 
menisco 
Velocidades não uniformes e gradientes de 
temperatura ao longo do perímetro 
Casca solidificada não uniforme 
Baixa velocidade de convecção de calor para as 
faces do molde 
Inclusões de alumina e calcio- aluminato 
sub-superficiais 
Pinholes de argônio em aços acalmados 
ao Al 
Blowholes de CO e aços semi-acalmados 
Trincas longitudinais em aços peritéticos 
EMRS 
 8 
Para tanto haveria um conjunto de bobinas sensoras de velocidade, acopladas a 
outras que induziriam o efeito de aceleração, frenagem, conforme desejado, de mo-
do a conduzir a uma estrutura de duplo rolo, com velocidade de menisco dentro da 
faixa ótima, ver figura 8. 
 
 
 
 
 
Figura 8: faixa ótima de velocidade sub-superficial. 
 9 
Uma descrição esquemática dos modos EMLS, EMLA e EMRS é mostrada na figura 
9. Outras informações podem ser encontradas em: 
17- Internal defects of continuous casting slabs caused by asymmetric unbalanced 
steel flow in mold; Y. Miki et al; ISIJ International, 2003, vol 43, no 10, 1548-1555. 
18- Mould flow monitoring at no 3 slab caster, Krupp Hoesch Stahl AG, Steelmaking 
conference Proceedings, 1997, 153-157. 
19- Electromagnetic stirring in slab caster molds. What and why.; P.H. dauby et al; 
ISSTech2003 Conference Proceedings, 491-504 
 
 
 
 
 
 10 
 
Figura 9: descrição esquemática dos modos de modificação de fluxo no molde. 
 
CRAMB et al realizaram experimentos em laboratório que procuravam simular as 
condições de turbulência na interface metal/escória. O arranjo envolvia água com 
adição de sais (para controlar a massa específica da mesma) e surfatantes(para 
controle da tensão interfacial) e óleos de silicone de vários valores de viscosidade, 
no papel de escória). O parâmetro de controle nestes experimentos foi a Velocidade 
de Entranhamento, valor crítico de velocidade a partir do qual gotas de óleo silicone 
seriam destacadas, em função da tensão de cisalhamento e da turbulência, da ca-
mada de óleo de cobertura. Em principio gotas como estas poderiam ser arrastadas 
para porções inferiores do molde, indo se reportar ao metal como inclusões. Os reul-
tados estão sumarizados na figura 10. 
 
 
 
 
Figura 10: velocidade de entranhamento VS propriedades do sistema metal escória. 
 11 
Como citado, nestes experimentos água tomou o papel de aço enquanto óleo de 
silicone fez a parte de escória. A simbologia utilizada para resumir os resultados: \u3b3 , 
tensão interfacial metal/escória; \u3c1 , massa específica; d\u2206 , espessura da camada de 
escória; µ , viscosidade, permite inferir que os fatores sobre os quais de fato se po-
de atuar seriam tensão interfacial, viscosidade de escória e espessura de filme líqui-
do. Todos através da química do pó(principalmente) e do aço, além das condições 
de fluxo de metal no molde. 
 
 
 
 
 
 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 13 
 
 
 
 
 
O fluxo de aço líquido no molde normalmente exibe distribuição de duplo rolo, figura 
12, embora a estrutura correspondente a rolo simples também seja possível. Tem 
sido mostrado que na realidade a estrutura de fluxo oscila entre vários padrões, em 
função do caráter turbulento do fluxo. Este comportamento complexo induz a forma-
 14 
ção e desenvolvimento de vórtices em ambos os modos de recirculação, podendo 
resultar no aprisionamento de bolhas e inclusões. 
 
Figura 12 \u2013 Distribuição de fluxos nas imediações da porta da SEN2 
A intensidade de turbulência na interface metal \u2013 escória pode ser quantificada atra-
vés do Fator F, figura 13; pelo fator F se estima a direção e a força do refluxo de me-
tal na direção da região do menisco. Pode ser associado portanto, em valores baixos 
de F à falta fusão adequada do pó fluxante, e, em valores altos à excessiva turbu-
lência interfacial. 
 
 
Figura 13 \u2013 Quantificação da intensidade de turbulência interfacial no interior do 
molde de lingotamento contínuo, através do fator F. 
 
A incidência de defeitos se mostra associada ao estado de turbulência reinante na 
região do menisco, tal como sugerido na figura 14, onde se nota que as velocidades 
superficiais recomendadas seriam da ordem de 20-35 cm/s, as quais correspondem 
a valores de fator F em torno de 3,0 ~ 4,5. 
 15 
 
Figura 14 \u2013 Influência da velocidade no menisco sobre o índice de defeito na placa 
 
No trabalho de Araújo Junior et al.(2010) utilizou-se um modelo em escala reduzida, 
0,6: 1 de um molde de lingotamento de placas, construído em acrílico e dois tipos de 
válvulas submersas, uma nomeada de padrão e uma denominada \u201cmogul\u201d; esta úl-
tima se diferencia por conter saliências em seu interior as quais agem para equalizar 
o fluxo. A válvula padrão possui dois formatos de saídas, sendo um quadrado e um 
em formato de pêra; para cada tipo de saída utilizou-se três ângulos diferentes, 15º, 
25º e 35º. A válvula \u201cmogul\u201d apresenta apenas um formato de porta de saída, qua-
drado. Este modelo e as diversas geometrias são mostrados na figura 15. 
 
 
Figura 15 \u2013 a)Vista da montagem experimental do molde; b) Geometrias de corpos e 
portas de válvulas submersas, feitas em acrílico. 
 
 16 
O fator de escala, \u3bb =0,6 foi determinado considerando as propriedades da água 
(massa especifica, viscosidade e tensão superficial) a 20ºC e as propriedades do 
aço líquido a 1600ºC, e os adimensionais de Reynolds, Froude e Weber. O modelo 
disponível corresponde a um veio de uma máquina de lingotamento, de dimensões 
de até 0,20 m x 2,0 m, lingotando a 4,5 ton/min. 
 
Os ensaios foram conduzidos para diferentes vazões representando diferentes velo-
cidades de lingotamento e compreenderam o seguinte: visualização via plano de 
laser para determinação do parâmetro F e simulação numérica via CFX. 
 
A técnica de visualização de fluxo consiste em incidir um plano de laser contra o 
modelo de forma que este ilumine partículas (de densidade igual a do líquido e pe-
quenas dimensões) contidas no fluido. As partículas tendem a acompanhar o fluxo 
do líquido, permitindo desta forma a identificação da trajetória. A figura 16 mostra 
imagens obtidas através desta técnica, bem como exemplo dos parâmetros geomé-
tricos determinados. Este experimento foi realizado para cada combinação de vazão 
de líquido, geometria da SEN, profundidade de imersão e dimensões da placa. 
 
 
Figura 16 \u2013 Determinação dos parâmetros \u3b8 e D através da técnica de visualização 
por plano de laser. 
Para o modelamento matemático foi utilizado o software ANSYS/CFX. As condições 
de contorno e as equações utilizadas, de Conservação de massa e de Quantidade 
de Movimento não diferem daquelas descritas na literatura; a figura