Efecto de los frenos electromagnéticos sobre el flujo de acero líquido en un molde curvo de colada continua de planchon convencional

Abstract

RESUMEN: La aplicación de fuerzas electromagnéticas en la colada continua de acero se ha vuelto cada vez más común y es por ello que se llevó a cabo una investigación acerca del uso de las fuerzas electromagnéticas para frenar el movimiento del acero líquido al interior del molde de planchón convencional; lo anterior con la finalidad de obtener un mayor control en la turbulencia a través de relacionar las magnitudes de las fuerzas electromagnéticas y algunos parámetros de la colada como son: la velocidad de colada, el flujo de acero líquido, el ángulo de los puertos, entre otros. Para ello primeramente se realizó una revisión bibliográfica para conocer a fondo los precedentes establecidos en estudios anteriores. Posterior a ello, se elaboró un modelo computacional en tres dimensiones del molde de colada, el cual fue discretizado a través de GAMBIT y posteriormente importado por medio de FLUENT para así dar solución a las ecuaciones fundamentales de flujo de fluidos a través de este software de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Como primera etapa se realizó un análisis preliminar del comportamiento del flujo de fluidos calculado matemáticamente sin el efecto de las fuerzas electromagnéticas; en una segunda etapa se estudió el efecto de los Frenos Electromagnéticos sobre los patrones de flujo previamente obtenidos considerando dos posiciones y tres intensidades del campo magnético. De los resultados obtenidos se realizó un análisis profundo para así determinar los pros y los contras para cada configuración. Adicionalmente se realizó un análisis dimensional de las principales variables que intervienen en el sistema durante la aplicación de los frenos magnéticos; como resultado se obtuvo una relación entra las fuerzas electromagnéticas y las fuerzas inerciales, a través de la cual se pudo determinar que las fuerzas electromagnéticas siempre son superiores a las inerciales y que el efecto de las fuerzas de Lorentz no se aprovecha eficazmente. Después de todo el estudio realizado se llegó a las conclusiones finales.

ABSTRACT: The electromagnetic forces has became in a very common tool applied in the continuous casting of steel. Due to this fact, the present research focused on the study of implementation of the electromagnetic forces to brake the steel velocity inside of a slab mold. Having as objective a better control of the turbulence by a relation among the electromagnetic forces and some parameters of the continuous casting, such as: the casting speed, the liquid steel velocity, the ports angle, etc. First, a bibliography review was done in order to know the precedents about this area established in different publications. After that, a computational model of the slab mold in three dimensions was elaborated and discretizated through GAMBIT. This model was imported into the Computational Fluid Dynamics (CFD) software FLUENT in order to solve the fundamental equations of fluid flow. In the first phase of this study a preliminary analysis of the numerical fluid flow patterns without the effect of the electromagnetic forces was made. In the second phase the effect of the electromagnetic brake on the fluidynamics of the steel was considered, taking as reference two position and three different intensities of the magnetic field. A deep analysis of the numerical results was carried out in order to determinate the advantage and disadvantage of each configuration. In addition, a dimensional analysis of the main variables that take place during the implementation of the Electromagnetic Brake was carried out. Through this study it was obtained a relationship among the electromagnetic forces and the inertial forces. This relation allows us to establish that the electromagnetic forces were always higher than the inertial forces and consequently the Lorentz forces are poorly used. Finally, a complete check of the results was made in order to achieve the final conclusions.