Estudio de la fluido dinámica en el molde de colada continua con el uso de una buza de alimentación disipadora de energía cinética

Abstract

The defects related to the fluid dynamics in the conventional slab in the continuous casting mold have been widely reported in the literature, however, few investigations address the topic from the perspective of what fluid dynamics inside the mold is intrinsically related to the possible appearance of surface defects in steel. In this research, we worked with data from a conventional steel slab mold used in the industry; a 1:1 scale model of slab mold and nozzle was used. The fluid dynamics within this model were characterized, using various techniques, such as; particle imaging velocimetry, the use of a plant tracer, as well as computational fluid dynamics. By using these tools together, it was possible to characterize fluid dynamics within the slab mold and with these results it was possible to correlate fluid dynamics with the appearance of possible defects reported in the literature. Once the possible root causes of these defects were known, a solution was proposed that consisted of designing a submerged nozzle that would dissipate its kinetic energy in order to reduce the appearance of superficial defects. To achieve the above, computational fluid dynamics was used and various submerged nozzles were designed. Of all of these, the one with the greatest dissipation of kinetic energy was chosen (a lower velocity at its exit under the same operating conditions). Once this submerged nozzle was available, its model was built at a 1:1 scale and the same tests were carried out as with the submerged conventional nozzle.

Los defectos relacionados con la fluido dinámica en el planchón convencional en el molde de colada continua han sido reportados ampliamente en la literatura, sin embargo, pocas investigaciones abordan el tema desde la perspectiva de qué dicha fluido dinámica dentro del molde está intrínsecamente relacionada con la posible aparición de defectos superficiales en el acero. En la presente investigación se trabajó con los datos de un molde para planchón convencional de acero utilizado en la industria, se utilizó un modelo a escala 1:1 de dicho molde y buza. Se caracterizó la dinámica de fluidos dentro de este modelo, empleando diversas técnicas, como lo fueron; la velocimetría de partícula por imagen, el uso de un trazador vegetal, así como también la dinámica de fluidos computacional. Al usar estas herramientas en conjunto fue posible la caracterización de dicha fluido dinámica dentro del molde y con estos resultados fue posible correlacionar dicha fluido dinámica con la aparición de posibles defectos reportados en la literatura. Una vez conocidas las posibles causas raíz de dichos defectos, se planteó una solución que consistió en diseñar una buza de alimentación que disipara su energía cinética con la finalidad de disminuir la aparición de dichos defectos. Para lograr lo anterior, se utilizó la dinámica de fluidos computacional y se diseñaron diversas buzas, de todas estas, se eligió la que presentó mayor disipación de energía cinética (una menor velocidad a la salida de la misma bajo las mismas condiciones de operación). Una vez que se tuvo dicha buza, se construyó su modelo a escala 1:1 y se realizaron las mismas pruebas que con la buza convencional.