Simulación matemática de una buza para molde de colada continua de planchón delgado de acero, tipo embudo

Abstract

Understanding the impact of the internal geometry of the nozzle on the dynamic fluid inside the continuous casting thin slab mold is essential to ensure the delivery of liquid steel in each of its ports, in order to control the oscillations of the Jets flow, improve the stability of the meniscus, the cleaning of the steel and increase the productivity of the plant. In order to achieve this, a mathematical simulation of two nozzles with internal designs completely modified, was carried out to study, understand and correct these phenomena. The results were compared with an industrial nozzle (SEN I, Submerged Entry Nozzle), and validated through comparison with previous results found in the literature. In the mathematical simulation, three turbulence models, VOF (Volume Of Fluid), k-ε model and RSM (Reynolds Stress Model) were used to simulate the pair of mold and nozzle at 22, 24 and 34 cm depths and 4, 4.5, 5, 5.5 and 6 m/min casting speeds. The governing equations were discretized implicitly using the finite volume technic including in FLUENT® software. The results shown by the bifurcated nozzles, SENs II and III showed that the oscillations still remain, but with far less intensity, and tend to disappear as the casting speed increases. It was also observed that the velocity is intensified on the meniscus side and in the right and left narrow walls of the mold at 22 cm of immersion for both nozzles. On the other hand, at 34cm of immersion the nozzles deliver a symmetrical flow with a moderate speed below the meniscus.

Entender el papel que desempeña la geometría interna de la buza sobre la dinámica del fluido al interior de la misma y el molde de colada continua de planchón delgado es esencial para asegurar la entrega de acero líquido en cada uno de sus puertos, controlar las oscilaciones de los chorros, mejorar la estabilidad del menisco y la limpieza del acero producido e incrementar la productividad de la planta. Para lograr ésta, se llevó a cabo la simulación matemática tridimensional de dos buzas con diseños internos completamente diferentes para estudiar, entender y corregir estos fenómenos. Los resultados arrojados fueron comparados con los de una buza industrial y validados con los resultados de otros investigadores. La simulación matemática se llevó a cabo mediante el uso de la dinámica de fluidos computacional (CFD), en el cual se utilizaron tres modelos de turbulencia, el VOF (Volume Of Fluid), k-ε y el RSM (Reynolds Stress Model) para simular el conjunto buza y molde a profundidades de inmersión de 22, 24 y 34 cm y 4, 4.5, 5, 5.5 y 6 m/min de velocidades de colada. Las ecuaciones gobernantes fueron discretizadas y resueltas implícitamente mediante la técnica de volumen finito incluida en el software comercial FLUENT®. Los resultados arrojados por las buzas II y III, ambas bifurcadas, mostraron que las oscilaciones aún permanecen, pero con menor intensidad, y tienden a desaparecer a medida que aumenta la velocidad de colada. Se observó además que la velocidad se intensifica por dejo del menisco y en las paredes estrechas derechas e izquierda del molde a 22 cm de inmersión para ambas buzas. Por otro lado, a 34 cm de inmersión las buzas entregan un flujo simétrico y moderada velocidad por debajo del menisco moderado.