Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/24518
Title in Portuguese: Modeling and numerical simulation of fluid flow and heat transfer of a steel continuous casting tundish
Author: Rocha, José Renê de Sousa
Advisor(s): Marcondes, Francisco
Keywords: Ciência dos materiais
Métodos de simulação
Distribuidor de lingotamento contínuo de aço
Volumes finitos - Métodos
Simulação numérica
Issue Date: 2017
Citation: ROCHA, J. R. S. Modeling and numerical simulation of fluid flow and heat transfer of a steel continuous casting tundish. 2017. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: O processo de lingotamento contínuo é o processo mais utilizado na produção de aço atualmente. Sendo um importante componente da máquina de lingotamento, o distribuidor tem sido projetado para atuar não apenas como um reservatório entre a panela e o molde, mas também como um dispositivo para remoção de inclusões e servir como um reator metalúrgico. Logo, o distribuidor assume um papel de relevância no processo de lingotamento contínuo. O modelo físico que rege a transferência de calor e escoamento dentro do distribuidor apresenta grande complexidade, tornando a sua solução analítica indisponível. Estudos físicos podem apresentar várias dificuldades para a análise do processo. Portanto, a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) surge com uma alternativa viável. CFD é baseada em aproximações numéricas as quais são utilizadas para a solução de várias classes de problemas de engenharia. O principal objetivo do presente trabalho é analisar os campos de escoamento e temperatura no interior de um distribuidor o qual é utilizado nos processos de lingotamento contínuo de uma companhia siderúrgica local. Com base nas simulações realizadas, modificações na geometria do distribuidor são propostas com o intuito de aumentar a qualidade do aço. Essas modificações são feitas através do uso de diques e barragens. Para a solução das equações de conservação originadas do modelo físico, o programa Ansys CFX, o qual utiliza o Método dos Volumes Finitos baseado em Elementos (EbFVM), foi utilizado. As simulações foram feitas utilizando-se aço e água como fluidos de trabalho para um escoamento turbulento em um distribuidor tridimensional. Os resultados foram apresentados em termos de campos de velocidade e temperatura e curvas de Distribuição de Tempo de Residência (RTD) as quais serviram para analisá-los qualitativa e quantitativamente.
Abstract: Currently, the continuous casting process is the most used technique to produce steel. Being an inherently component of the caster machine, the tundish has been designed to be not only an intermediate vessel between the ladle and the mold, but also a device to remove inclusions and a metallurgical reactor. Therefore, the tundish has an important role in the continuous casting process. The physical model for heat transfer and fluid flow into the tundish is very complex, thus analytical solutions are not available. Physical studies might present many difficulties for analyzing the process. Hence, Computational Fluid Dynamics (CFD) emerges as an attractive alternative. CFD is based on numerical approaches that are used to solve several classes of engineering problems. The main goal of the present study is to analyze the fluid flow and temperature fields into an actual tundish configuration that is used in continuous casting processes of a local steelmaker company. Based on the performed simulations, some modifications in the geometry of the tundish are proposed in order to improve the steel quality; these modifications make use of weirs and dams. For solving the governing equations arising from the physical model, the Ansys CFX software, which is based on the Element-based Finite-Volume Method (EbFVM) were used. Simulations were performed using water and steel as working fluids for a turbulent flow in a 3D tundish. The results were presented in terms of velocity and temperature fields and Residence Time Distribution (RTD) curves, which evaluated them qualitatively and quantitatively.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/24518
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEMM - Dissertações defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2017_dis_jrsrocha.pdf3,58 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.