cravo
155 pág.

cravo


DisciplinaLingotamento Contínuo de Aços30 materiais62 seguidores
Pré-visualização30 páginas
num modelo \u201coff-line\u201d e plotados 
junto com as curvas de transição calculadas. Após validação do modelo, um modelo \u201con- line\u201d 
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 \u201cnovo\u201d, 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 
 
 22 
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 \u2013 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 
(%
)
 
 23 
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 \u2013 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; 
 
 24 
· 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. 
 
 
 25 
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 \u2013 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
 
 26 
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