Study on stirring behavior of liquid steel in bottom-blowing ladle with immersed cylinder

Estudio del comportamiento de agitación del acero líquido en cuchara de soplado de fondo con cilindro sumergido

El proceso de soplado con argón del fondo de la cuchara tiene una influencia importante en el refinado del acero líquido. Se han simulado numéricamente los efectos de los diámetros, la profundidad de inserción del cilindro de inmersión y el caudal de gas del fondo sobre el estado de flujo del acero líquido y la amplitud de la superficie del acero líquido en una cuchara de 150 toneladas. Los resultados muestran que el atrapamiento de escoria en la superficie del acero líquido puede limitarse modificando los diámetros y las profundidades de inserción del cilindro sumergido. Se analizaron los efectos del caudal de gas, el diámetro y la profundidad de inserción del cilindro sumergido en el flujo de acero fundido en la cuchara.

INTRODUCCIÓN

La cuchara de colada, como recipiente intermedio entre los procesos de fabricación de acero y de colada continua, es un equipo indispensable en la producción de acero [1,2]. Se utiliza como contenedor para el transporte y la purificación del acero fundido, y también como horno de refinado en el refinado externo [3,4]. La tecnología de soplado de argón en el fondo de la cuchara se utiliza ampliamente como método de refinado asequible y sencillo, que tiene las ventajas de equilibrar la temperatura y la composición del acero fundido, eliminar el gas nocivo y la inclusión, y mejorar la calidad del acero líquido [5]. En este trabajo se establece el modelo matemático del soplado de gas del fondo de la cuchara en el campo de flujo del acero líquido del cilindro de inmersión. Cambiando el diámetro y la profundidad del cilindro de inmersión, se analizan las influencias de la cuchara con cilindro de inmersión en el flujo de acero fundido de la cuchara y el atrapamiento de escoria del acero fundido. Se investiga la viabilidad para mejorar la eficiencia del afino y reducir el tiempo de afino.

MODELO MATEMÁTICO

El sistema de inyección en cuchara pertenece a un flujo bifásico típico, por lo que es necesario seleccionar un modelo de flujo multifásico y un modelo de turbulencia. De acuerdo con los requisitos, se selecciona el modelo de mezcla [6], se fija la fase 1 en acero líquido, la fase 2 en argón, y se fija el diámetro de la burbuja en 10 mm. Se selecciona la fuerza de arrastre para la fase gas-líquido [7], la selección del coeficiente de arrastre es el modelo de Schiller y Naumann, la fuerza de sustentación y la fuerza de masa virtual pueden ser ignoradas [8].Se selecciona el modelo realizable para el modelo de turbulencia.  Las condiciones iniciales son: seleccionar la entrada en la inicialización, los valores iniciales de las variables de campo deben ser determinados por las condiciones de entrada. Todo el campo de flujo se considera como acero fundido [9,10].