Prof. Dr-Ing. Antônio C. F. Vilela Modelo Acoplado de Escoamento e Solidificação do aço no Molde do LC (Lingotamento Contínuo) Autores: Márcio Dorneles de Mello Alexandre L. R. Nunes Orientadores: Dr. Leonardo B. Trindade Prof. Dr. Jaime A. Spim Jr. Prof. Dr-Ing. Antônio C. F. Vilela

Introdução O que é o LC? O Lingotamento Contínuo vertical de aços é um processo de produção do aço na qual uma panela transfere o aço líquido a um distribuidor que, simultaneamente, alimenta o molde onde inicia-se a solidificação.

Molde: 800 120 680 90 240 Material – cobre; Comprimento; Seção; Escoamento do aço. Material – cobre; Válvula submersa; 90 Seção; 240 [ Medidas em mm ]

Modelo de Solidificação A solidificação do aço é fundamentalmente influenciada por 3 fenômenos: transferência de calor (flux); escoamento de fluidos no interior da cavidade do molde; solidificação. Modelo Acoplado O trabalho objetiva ACOPLAR os Modelos de Solidificação e de Escoamento do aço para se ter um valor mais próximo da realidade. Modelo de Solidificação Modelo de Escoamento Objetivo

Diferenças entre os Modelos Condições TL - 1520 ºC; Propriedades físicas do aço; Velocidades de Vazamentos (Vv) - 0,6 e 1,2 [ m/min ]; Temperaturas de Vazamento (Tv) - 1540 e 1620 [ ºC ]. Diferenças entre os Modelos Modelo de Solidificação Modelo de Escoamento INALC CFX 4.4 Softwares Utilizados 2D e Molde Reto 3D e Molde Curvo Malha e Geometria Diferenças Finitas com analogia à circuitos elétricos Volumes Finitos Método Numérico Estacionário Turbulento e transiente Regime

Velocidade de Lingotamento constante em 0,6 m/min Vv 0,6 m/min Vv 1,2 m/min Isotermas do Modelo de Solidificação [ ºC ] Temperatura de Vazamento constante em 1560ºC Isotermas do Modelo de Solidificação [ ºC ] Tv 1540 ºC Tv 1620 ºC Velocidade de Lingotamento constante em 0,6 m/min

Velocidade de Lingotamento constante em 0,6 m/min Tv 1540ºC Velocidade de Lingotamento constante em 0,6 m/min Tv 1620ºC

Temperatura de Vazamento constante em 1560ºC Vv 1,2 m/min Temperatura de Vazamento constante em 1560ºC Vv 0,6 m/min

Por que usar um Modelo Acoplado entre os Modelos de Solidificação e de Escoamento do aço? O Modelo de Solidificação usou inicialmente um campo de temperatura uniforme. Na prática o processo de solidificação do aço também é influenciado pelo escoamento do aço no interior da cavidade do molde.

Acoplamento dos Modelos de Escoamento e Solidificação O Modelo Acoplado consiste em aplicar um perfil de temperatura, calculado pelo Modelo de Escoamento, como condição de contorno para o Modelo de Solidificação. PERFIL DE TEMPERATURA NA SUPERFÍCIE DO MOLDE Devido a não equivalência das malhas, foi utilizada uma função de interpolação baseada na Distância Euclidiana.

Distância Euclidiana Para cada ponto desconhecido, o valor de temperatura é dado pela média ponderada das n distâncias mais próximas do ponto em questão.

Isotermas com temperatura de vazamento constante de 1560ºC ----- Escoamento ----- Solidificação ----- Acoplado Vv 0,6 m/min Vv 1,2 m/min RESULTADOS

Isotermas com velocidade de lingotamento constante de 0,6 m/min ----- Escoamento ----- Solidificação ----- Acoplado Tv 1540ºC Tv 1620ºC Tv 1540ºC Tv 1620ºC

Considerações Finais Próximos Estudos A metodologia desenvolvida mostrou-se satisfatória para o acoplamento dos Modelos, tendo em vista que, o Modelo Acoplado, reproduziu de maneira mais satisfatória os fenômenos previstos, representando, de maneira mais real, a distribuição dos perfis de temperatura do aço no molde. Próximos Estudos Estudar outros procedimentos de acoplamento entre os Modelos de Escoamento e de Solidificação do aço como, por exemplo, o coeficiente de transferência de calor; Levantar dados experimentais na indústria que possibilitem validar os Modelos em questão.

Agradecimentos