Diseño fluidodinámico de una cámara de inyección para hacer más eficiente el proceso de agitación del acero en una olla de colada continua

Abstract

Through the use of nozzles and porous media for gas injection into the ladle, vertical jets in the form of truncated cones are generated. In the lower region, where the diameter is smaller, viscous forces dominate over buoyancy forces. Additionally, the velocity magnitude of the jet is concentrated in the upward direction, which leads to the formation of low-velocity zones in the lower part of the ladle. These zones limit mixing and consequently increase the mixing time. In this work, the design of a mixing chamber is proposed, which promotes rotational flow during gas injection. The chamber helps to distribute the velocity magnitude across the three axes, resulting in a reduction of velocity magnitudes within the plume, as well as increased agitation in dead zones. For the experimental study, a 1:7 scaled model of a continuous casting ladle was used, with a 0.75R configuration that has been reported in previous studies as the most efficient in terms of mixing time for this model. The mixing time was characterized by experimental measurements using the electrical conductivity technique. The effect of tangential velocity was evaluated using colorimetry tests and subsequently validated with Particle Image Velocimetry (PIV) measurements. Positive results were obtained by identifying an optimal configuration that reduces the interaction with the refractory wall, achieving a 12% reduction in mixing time compared to studies that use directional channels to generate tangential flows.

Mediante el uso de toberas y medios porosos para la inyección de gas dentro de la olla se forman jets verticales en forma de conos truncados. En la parte inferior, donde se tiene menor diámetro, predominan las fuerzas viscosas sobre las fuerzas de flotabilidad. Además, la magnitud de velocidad del jet se concentra de forma ascendente, lo que ocasiona que en la zona inferior de la olla se generen zonas de baja velocidad que limitan el mezclado, propiciando así un incremento en el tiempo. En este trabajo, se propone el diseño de una cámara de mezclado, que propicia un flujo rotacional durante la inyección de gas. La cámara ayuda a distribuir la magnitud de la velocidad en los 3 ejes, provocando una disminución de las magnitudes de las velocidades en la pluma, así como también una mayor agitación en las zonas muertas. Para la experimentación se trabajó en un modelo escalado a 1:7 de una olla de colada continua con una configuración de 0.75R que en trabajos anteriores reporta la mayor eficiencia en tiempos de mezclado en este modelo. El tiempo de mezclado fue caracterizado mediante medidas experimentales usando la técnica de conductividad eléctrica, el efecto de la velocidad tangencial se muestra con pruebas de colorimetría posteriormente se valida con pruebas de Velocímetria de imágenes por partículas. Se obtienen resultados positivos al encontrar la configuración oportuna para reducir la influencia con la pared del refractario y reduciendo el tiempo de mezclado un 12% con respecto a investigaciones que usan canales direccionales para la generación de flujos tangenciales.