A mathematical model of critical jet heights causing droplets splashing in BOF steelmaking

Modelo matemático de las alturas críticas de los chorros que provocan salpicaduras de gotas en la fabricación de acero BOF

Es importante comprender la interacción física entre el chorro de oxígeno soplado desde arriba y el baño líquido en los hornos siderúrgicos de oxígeno básico (BOF). En este estudio, se llevaron a cabo experimentos con modelos en frío para investigar la profundidad de la cavidad, el diámetro y la inestabilidad en la interfaz gas-líquido. Se capturaron imágenes de las cavidades con una cámara de vídeo de alta velocidad para estudiar el rendimiento de las cavidades. Se desarrolló una ecuación de juicio modificada de la inestabilidad de la interfaz gas-líquido mediante el flujo de chorro crítico y la altura de chorro crítica a un diámetro de chorro determinado. Los parámetros críticos concordaban bien con las mediciones experimentales.

INTRODUCCIÓN

En los comportamientos de impregnación de superficies líquidas, la salpicadura de gotas es un fenómeno fascinante que atrae amplios estudios [1-4]. La expulsión de la fase líquida por salpicadura es una cuestión importante en el proceso de fabricación de acero al oxígeno. La salpicadura de gotas que acompaña a la cavidad de penetración inestable genera la emulsión de metal/escoria/gas y provoca la salpicadura de metal/escoria del recipiente en la BOF [3]. Por lo tanto, la determinación de los parámetros críticos de penetración es de gran importancia para mejorar el rendimiento del BOF. De hecho, cabe señalar que sólo unos pocos intentaron establecer un modelo para predecir los estados críticos. He y Standish [2,5] propusieron el "número nominal de Weber", N_NWe, como criterio de similitud para la tasa de generación de gotas mediante soplado con gas superior. Deo et al. [6] desarrollaron aún más el número de Weber en una correlación para predecir la generación de gotas de metal en la fabricación de acero al oxígeno. Además, Deo et al. informaron de que el inicio de la generación de gotas en la fabricación de acero BOF se produce a un valor de N_NWe igual a diez. Sin embargo, el efecto del número de Froude (Fr) en el proceso de salpicadura se ignora durante la determinación del número de criterio adimensional. Esto puede dar lugar a cierta desviación en el proceso de soplado real.

El objetivo del presente trabajo es evaluar la relación entre la forma de la cavidad y los parámetros de funcionamiento. Se estudiaron las alturas críticas del chorro que provocan la salpicadura de las gotas para diferentes condiciones de penetración, que se expresaron además mediante una fórmula modificada. 

MÉTODOS EXPERIMENTALES

El experimento del modelo de agua se lleva a cabo utilizando el dispositivo experimental que se muestra en la figura 1. Para eliminar el efecto de refracción y observar con precisión la forma de la cavidad, se colocó un recipiente cilíndrico con un diámetro interior (D) de 400 mm y una altura de 500 mm dentro del recipiente cuadrado que tiene una longitud lateral de 500 mm.