Análisis y optimización del flujo del acero líquido en un distribuidor de colada continua tipo delta de cuatro salidas

Abstract

RESUMEN En el proceso de colada continua el objetivo fundamental es la modelación física dentro del distribuidor adecuado y fundamentado con los números adimensionales de Froude y Reynolds. Se utiliza la técnica estímulo-respuesta y la dinámica del fluido, valorando al flujo con curvas de distribución de tiempos de residencia (DTR), para modificar las condiciones de las diferentes características de tipos de flujos, mejorando la optimización del comportamiento del flujo de fluidos. También se estudian las condiciones de operación para modificar el comportamiento del flujo cuando hay un cambio de olla y durante las diferentes velocidades de colada de acero en el distribuidor. El distribuidor de colada continua estudiado es de tipo DELTA, equipado con cuatro boquillas sumergidas de salida, cuatro barras tapón en línea, un inhibidor de forma hexagonal como controlador de turbulencia del flujo en la superficie, se propusieron accesorios que modificaron el flujo de fluidos, diseñando un piso falso y prototipos controladores de flujo que se colocaron en el interior del distribuidor cuya capacidad es de 18 toneladas de acero líquido de la industria siderúrgica, se simuló utilizando un modelo físico a escala de 1/2 de su prototipo, fabricado en acrílico transparente. Los casos experimentales en estudio se realizaron en estado estacionario a diferentes velocidades de colada con siete diversas configuraciones: I.- Distribuidor sin inhibidor; II.- Con un inhibidor de forma hexagonal; III.- Con un inhibidor de flujo pentagonal con piso falso rectangular y triangular; IV.- Con un inhibidor pentagonal con piso falso rectangular; V.- Con un inhibidor pentagonal; VI.- Con un inhibidor rectangular con piso falso rectangular; VII con un inhibidor octagonal con piso falso rectangular. Los resultados obtenidos de las curvas DTR, se presentan en términos adimensionales de concentración contra tiempo reportando el análisis comparativo de las características y comportamiento del flujo de fluidos en el funcionamiento del distribuidor de las configuraciones I y II, con respecto al distribuidor de las configuraciones III, IV y V. Donde se modifica la estabilidad uniforme del flujo en el sistema a una máxima velocidad de colada de acero de 2.00 ton/min. El distribuidor con un inhibidor de flujo de forma pentagonal y el distribuidor con un inhibidor de forma pentagonal con piso falso rectangular, son los prototipos que optimizan y modifican el comportamiento del flujo de fluidos en el funcionamiento del distribuidor, donde se mejoró la orientación del fluido incrementando la flotación de inclusiones no metálicas y la eliminación de los circuitos cortos de flujo. También se disminuye la intensidad de turbulencia en la superficie del acero líquido para evaluar cambios de olla en el proceso de colada continua.