cravo
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Disciplina:Lingotamento Contínuo de Aços29 materiais61 seguidores
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num modelo “off-line” e plotados

junto com as curvas de transição calculadas. Após validação do modelo, um modelo “on- line”

passou a ser utilizado e está em funcionamento hoje em dia.

Silva e colaboradores (2001) citam a importância de estudar o fluxo de aço no distribuidor para

conhecer o grau de misturamento de diferentes tipos de aço e sua implicação no volume final de

descarte. Em períodos de trocas de panela, caracterizados como períodos de transiência, os

principais fatores relacionados com o volume de descarte gerado são volume de aço no

distribuidor durante o re-enchimento com o aço “novo”, taxa de re-enchimento, taxa de

lingotamento e configuração dos dispositivos de controle de fluxo.

Sylvestre e colaboradores (2001) utilizaram um modelo físico em escala 1:3 , construído pela

Siderar, para simular o efeito do inibidor de turbulência na mistura ocorrida no distribuidor,

durante a troca de qualidades no lingotamento contínuo. Foram realizadas diversas simulações,

utilizando diferentes velocidades de lingotamento, diferentes níveis de água no distribuidor e

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distribuidor dotado de inibidor de turbulência e sem inibidor. A simulação na qual o nível de água

era o mais baixo e o distribuidor possuía inibidor de turbulência resultou no menor comprimento

de placa de mistura obtido. Sylvestre e colaboradores (2003) realizaram testes industriais para

verificar resultados do modelamento físico. Constatou-se que a menor quantidade de região de

mistura é obtida quando se passa de um aço com faixa de composição mais restrita para um outro

com faixa mais ampla, conforme pode ser visto na Figura 3.7.

Figura 3.7 – Curva de Concentração de C versus comprimento de placa, de uma mistura de aços e seu

inverso, conforme Sylvestre e colaboradores (2003)

Yeh e colaboradores (1993) desenvolveram um modelo tridimensional (empírico) o qual é capaz

de analisar os comportamentos do fluxo de aço e transferência de massa nos distribuidor durante

o período de transição na troca de panela, com o objetivo de prever o comprimento da placa de

mistura. Segundo eles, as variáveis que mais influenciam a variação da composição e,

conseqüentemente, o comprimento de placa de mistura durante a troca de panelas com qualidades

distintas, são a velocidade de lingotamento e nível atingido pelo aço líquido, no interior do

distribuidor antes do inicio de vazamento da panela subseqüente. De acordo com os autores, o

tempo de misturamento é reduzido com o aumento da velocidade de lingotamento e com a

redução do nível mínimo, o que apresenta um efeito significativo no comprimento da placa de

mistura.

C
ar

bo
no

 C
on

tid
o

(%
)

C
ar

bo
no

 C
on

tid
o

(%
)

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Mostert e colaboradores (1998) citam a vantagens de desenvolver um modelo on-line pois devido

à alta precisão e flexibilidade, mudanças nos parâmetros de lingotamento, tais como, velocidade

de lingotamento ou nível de aço no distribuidor, planejadas ou não, podem ser facilmente

consideradas. Além do mais, quando estratégias de reenchimento mudam, o modelo não necessita

de ser reformulado. Na figura 3.8, é possível identificar algumas destas estratégias de

reenchimento, as quais em algum momento podem ser utilizadas na planta industrial. Citam

várias razões para reencher o distribuidor o mais rápido possível.

Tempo

N
iv

el

Volume Constante Rampa Rápida

Rampa Lenta Atraso

Figura 3.8 – Curva de diferentes estratégias de reenchimento do distribuidor, segundo Mostert (1998)

Outra vantagem do modelo on-line, de acordo com Mostert e colaboradores (1998) é o tempo de

resposta do modelo, o qual é em tempo real. Simulações computacionais elaboradas não são úteis

neste aspecto devido ao longo tempo de resposta, enquanto modelos estatísticos são considerados

inflexíveis.

Os autores citam ainda que, o modelo desenvolvido (utilizado na planta da antiga Hoogovens)

segue cinco princípios conhecidos, os quais podem ser aplicados para qualquer condição de

lingotamento contínuo e a qualquer tipo de aço. São eles:

· O único processo que contribui significativamente para a difusão é a turbulência. Difusão

molecular não é importante;

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· A concentração de entrada durante a troca de qualidade no lingotamento muda

abruptamente no momento de abertura da nova panela;

· A primeira porção de aço da nova panela aparece um certo tempo após a abertura da

panela;

· O aço mistura relativamente bem no distribuidor;

· No veio alguma mistura ocorre.

Devido a contribuição da difusão turbulenta ser mais importante que a difusão molecular, todas

as espécies químicas irão demonstrar comportamento similar, logo é possível descrever o

processo de mistura a partir da concentração normalizada.

Para o lingotamento de placas em dois veios, 8 sinais são necessários para permitir a utilização do

modelo on-line em tempo real: abertura da panela, volume de aço no distribuidor e para cada

veio, largura, espessura e velocidade de lingotamento.

Goldschmit e Ferro (2000) desenvolveram um modelo tridimensional baseado na equação

Navier-Stokes (regime turbulento), e utilizaram equações de convecção/ difusão turbulenta para

calibrar o mesmo. Um importante ponto a ser considerado é que, sendo o fluxo altamente

turbulento, a difusividade turbulenta é muito mais significativa que a difusividade molecular.

Consequentemente todas as espécies químicas iriam mostrar o mesmo comportamento na

mistura.

Huang e Thomas (1996) desenvolveram um modelo matemático para investigar as distribuições

de composição química do aço que surgem durante mudanças de composição no processo de

lingotamento contínuo de placas. O modelo considera escoamento turbulento tridimensional e

mistura transiente no molde e no veio, o que significa dizer que o tempo de troca de panelas é

pequeno e que a taxa de enchimento do distribuidor é elevada.

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Segundo Thomas (1997), a mistura no distribuidor pode ser dividida em três regiões diferentes:

volume com escoamento em pistão, volume de mistura perfeita e volume morto. Essa divisão de

volumes tem sido utilizada para prever o escoamento no distribuidor em estado estacionário, para

diversas configurações de distribuidor. Os efeitos dessas diferentes configurações de distribuidor

na mistura, para um mesmo volume total, podem ser analisados através de mudanças nas frações

de volume dessas três regiões.

Piccone, Sinha e Madden (2001), realizaram testes em modelo físico e na planta industrial U S

Steel, visando determinar uma configuração geométrica do distribuidor, que proporcionasse uma

redução no comprimento da placa de mistura que resulta do lingotamento seqüencial de

qualidades distintas. Dentre as três configurações testadas, as duas que utilizavam inibidor de

turbulência (turbostop) foram as que resultaram em uma melhor performance.

Antes da realização deste estudo, a troca de panelas entre qualidades distintas era feita abaixando-

se o nível de aço líquido no distribuidor a aproximadamente 30% do nível normal e introduzindo-

se uma placa de separação do molde. O distribuidor era dotado de baffles, conforme mostrado na

figura 3.9, configuração esta que também foi analisada nos novos testes. As outras duas

configurações geométricas analisadas constavam de turbostop e barreiras.

Figura 3.9 – Desenho esquemático do distribuidor da Edgar Thomson Works, mostrando a localização

dos dispositivos de controle de fluxo, conforme Piccone, Sinha e Madden (2001)

Fluxo de entrada (Panela)

Saída para
o Molde

Saída para
o Molde

Inibidor de
Turbulência

Fluxo de entrada (Panela)

Saída para
o Molde

Saída para
o Molde

Inibidor de
Turbulência

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Segundo os autores, para se reduzir o comprimento da placa de mistura, além de uma geometria

adequada, deve-se procurar reduzir o volume de aço líquido no distribuidor antes do início do

vazamento