Estudio mediante modelación física de la agitación del acero en una olla de colada continua mediante la inyección de gas con velocidad tangencial

Abstract

Using porous plugs to inject gas through the bottom of a ladle forms vertical plumes in the same way as a truncated cone. The gas plume when it comes out of the plug has a smaller diameter with respect to that formed in the upper area of the ladle because the inertial forces prevail over the buoyancy forces in this area. In addition, the magnitude of the plume's velocity is concentrated in an upward direction, which increases the likelihood that low-velocity zones will form near the bottom of the ladle, especially in the lower corners. In this research, a plug with spiral-shaped channels at different torsion angles was used, with the aim that the gas passing through them has a gain in tangential velocity or that the magnitude of the velocity is distributed in the three axes, and not just focus on the upstream direction. This plug helped decrease low speed zones near the bottom of the pot and improved mixing times. For the experimentation, a 1:7 scaled model of a continuous casting ladle was worked on with two configurations of the plugs: the first one is 0.66 times the radius away (0.66R) and the second one is 0.75 times the radius away (0.75R), which in previous works were reported as the most efficient to mix the liquid in this model. The mixing time was characterized by experimental measurements using the electrical conductivity technique, while the fluid dynamics inside the ladle was characterized using the PIV technique.

El uso de medios porosos para inyectar gas a través del fondo de una olla forma jets verticales de una manera muy similar a un cono truncado. El jet de gas al salir del medio poroso tiene un menor de diámetro respecto al formado en la zona superior de la olla porque predominan las fuerzas de inercia sobre las fuerzas de flotabilidad en esta zona. Además, la magnitud de la velocidad del jet se concentra en dirección ascendente, lo que aumenta la probabilidad de que se formen zonas de baja velocidad cerca del fondo de la olla, especialmente en las esquinas inferiores. En esta investigación se usó un medio para agitar con canales en forma de espiral a diferentes ángulos de torsión, con el objetivo de que el gas al pasar por ellos, tenga una ganancia de velocidad tangencial o que la magnitud de la velocidad se distribuya en los tres ejes y no solo se enfoque en la dirección ascendente. Este medio de agitación ayudó a disminuir las zonas de baja velocidad cerca de la parte inferior de la olla y mejoró los tiempos de mezclado. Para la experimentación se trabajó en un modelo escalado a 1:7 de una olla de colada continua con dos configuraciones de los medios de agitación: la primera alejada del centro 0.66 veces el radio (0.66R) y la segunda 0.75 veces el radio (0.75R), las cuales en trabajos anteriores se reportaron como las más eficaces para mezclar el líquido en este modelo. El tiempo de mezclado fue caracterizado mediante medidas experimentales usando la técnica de conductividad eléctrica, mientras que la dinámica del fluido en el interior de la olla fue caracterizada usando la técnica de PIV.