Physical modelling of the process of mixing liquid metal in a tundish blown by gas

Modelización física del proceso de mezcla de metal líquido en una artesa soplada por gas

El artículo presenta los resultados de la modelización física y numérica del flujo de acero a través de un artesón de una máquina de fundición continua. En los cálculos numéricos se comprobó la influencia de la densidad de la malla y la corrección de la descripción del flujo en la región próxima a la pared mediante el modelo de función de pared estándar. Los resultados obtenidos se verificaron utilizando resultados experimentales del campo de velocidad (método PIV) procedentes de un modelo de artesa de fundición de agua.

INTRODUCCIÓN

La metalurgia moderna aplica la mezcla de la masa fundida prácticamente en todas las fases de la producción de acero líquido. Para ello se utilizan diferentes aparatos metalúrgicos. El proceso de mezcla del acero por el oxígeno introducido por la lanza tiene lugar durante la fusión del acero en convertidor de oxígeno. El movimiento del metal suele estar apoyado por gas inerte, soplado por boquillas o tapones colocados en el fondo del convertidor. Los hornos eléctricos están equipados con tapones de argón y lanzas de oxígeno. Sin embargo, lo más frecuente es que la mezcla de la masa fundida se realice en una metalurgia de cuchara.

El soplado de argón en la masa fundida se utiliza habitualmente en la metalurgia secundaria. La técnica más importante, sencilla y económica de la metalurgia de cuchara es un proceso que se lleva a cabo en una cuchara de acero.

El proceso de mezcla de la masa fundida en una cuchara para lograr la homogeneidad química y térmica es un fenómeno complejo. Hay intentos de describirlo mediante una secuencia característica de procesos físicos parciales con la ayuda simultánea de datos procedentes de la investigación de modelización. A pesar de la diversidad de tales ensayos, la descripción de la mezcla siempre se realiza mediante el comportamiento característico y presenta elementos del sistema como la burbuja de gas, su movimiento y la estructura y propiedades de la columna de gas-líquido. Estos elementos pueden identificarse mediante modelización física.

La modelización física consiste en realizar mediciones de una magnitud determinada en el modelo construido de un objeto real. El modelo debe reflejar los fenómenos que se producen en un proceso industrial real, lo que se consigue respetando las reglas de similitud. Dicha similitud se determina basándose en reglas contenidas en el campo de las matemáticas aplicadas denominado teoría de la similitud. En ella se dice que la similitud geométrica es el requisito básico teniendo en cuenta el modelado de un objeto a tamaño real. Significa que se mantienen una proporción y unas dimensiones lineales características similares en el modelo y en un objeto real. Esta condición es relativamente fácil de cumplir y consiste en la escala geométrica del modelo. Sin embargo, no garantiza la similitud del flujo de fluido aplicado en el modelo con el flujo de fluido en un aparato real.