Impacto de la Tasa de Inyección en la Mezcla de Flujos durante la Etapa de Refinación en un Horno de Arco Eléctrico
Autores: Ugarte, Orlando; Busa, Neel; Konar, Bikram; Okosun, Tyamo; Zhou, Chenn Q.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Refinamiento
Horno de arco eléctrico
Acero fundido
Proceso de agitación
Inyección de oxígeno
Dinámica de fluidos computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 3
Citaciones: Sin citaciones
Durante la etapa de refinado de la operación del horno de arco eléctrico (EAF), el acero fundido se agita para facilitar las reacciones gas/acero/escoria y la eliminación de impurezas, lo que determina la calidad del acero. El proceso de agitación puede ser impulsado por la inyección de oxígeno, que se lleva a cabo mediante quemadores que operan en modo lanza. En este estudio, se utiliza una plataforma de dinámica de fluidos computacional (CFD) para simular la dinámica del flujo de acero líquido en un EAF a escala industrial basado en chatarra. La plataforma CFD simula el flujo tridimensional, transitorio y no reactante del baño de acero líquido agitado por la inyección de oxígeno para analizar el proceso de mezcla. En particular, el estudio CFD simula el flujo de acero líquido en un EAF a escala industrial con tres chorros coherentes asimétricos, lo que impacta la mezcla de acero líquido bajo diferentes condiciones de inyección. La mezcla de acero líquido se cuantifica definiendo dos variables: el tiempo de mezcla y la desviación estándar de la velocidad del flujo. Los resultados indican que la tasa de mezcla del baño está determinada por la dinámica del flujo cerca de las cavidades de inyección y que la formación de regiones de muy baja velocidad o "zonas muertas" en el centro del horno y las regiones del balcón impide la mezcla del flujo. Este estudio incluye un caso base, donde se inyecta oxígeno a 1000 SCFM en todos los quemadores. También se incluyen dos conjuntos de casos: el primer conjunto considera casos donde se inyecta oxígeno a una tasa de flujo uniforme reducida y aumentada, 750 y 1250 SCFM, respectivamente. El segundo conjunto considera casos con tasas de inyección no uniformes en cada quemador, que mantienen la misma tasa de flujo total del caso base, 3000 SCFM. La comparación entre los dos conjuntos de simulaciones contra el caso base muestra que al aumentar la tasa de flujo uniforme de 1000 a 1250 SCFM, el tiempo de mezcla se reduce en un 10.9%. Además, todos los casos de inyección no uniforme reducen el tiempo de mezcla obtenido en el caso base. Sin embargo, la reducción en los tiempos de mezcla en estos casos se acompaña de un aumento en las desviaciones estándar del campo de flujo. Entre los casos de inyección no uniforme, la mayor reducción en el tiempo de mezcla en comparación con el caso base es del 10.2%, que se obtiene cuando las tasas de flujo más grandes se asignan a chorros coherentes ubicados uno frente al otro a través del horno.
Descripción
Durante la etapa de refinado de la operación del horno de arco eléctrico (EAF), el acero fundido se agita para facilitar las reacciones gas/acero/escoria y la eliminación de impurezas, lo que determina la calidad del acero. El proceso de agitación puede ser impulsado por la inyección de oxígeno, que se lleva a cabo mediante quemadores que operan en modo lanza. En este estudio, se utiliza una plataforma de dinámica de fluidos computacional (CFD) para simular la dinámica del flujo de acero líquido en un EAF a escala industrial basado en chatarra. La plataforma CFD simula el flujo tridimensional, transitorio y no reactante del baño de acero líquido agitado por la inyección de oxígeno para analizar el proceso de mezcla. En particular, el estudio CFD simula el flujo de acero líquido en un EAF a escala industrial con tres chorros coherentes asimétricos, lo que impacta la mezcla de acero líquido bajo diferentes condiciones de inyección. La mezcla de acero líquido se cuantifica definiendo dos variables: el tiempo de mezcla y la desviación estándar de la velocidad del flujo. Los resultados indican que la tasa de mezcla del baño está determinada por la dinámica del flujo cerca de las cavidades de inyección y que la formación de regiones de muy baja velocidad o "zonas muertas" en el centro del horno y las regiones del balcón impide la mezcla del flujo. Este estudio incluye un caso base, donde se inyecta oxígeno a 1000 SCFM en todos los quemadores. También se incluyen dos conjuntos de casos: el primer conjunto considera casos donde se inyecta oxígeno a una tasa de flujo uniforme reducida y aumentada, 750 y 1250 SCFM, respectivamente. El segundo conjunto considera casos con tasas de inyección no uniformes en cada quemador, que mantienen la misma tasa de flujo total del caso base, 3000 SCFM. La comparación entre los dos conjuntos de simulaciones contra el caso base muestra que al aumentar la tasa de flujo uniforme de 1000 a 1250 SCFM, el tiempo de mezcla se reduce en un 10.9%. Además, todos los casos de inyección no uniforme reducen el tiempo de mezcla obtenido en el caso base. Sin embargo, la reducción en los tiempos de mezcla en estos casos se acompaña de un aumento en las desviaciones estándar del campo de flujo. Entre los casos de inyección no uniforme, la mayor reducción en el tiempo de mezcla en comparación con el caso base es del 10.2%, que se obtiene cuando las tasas de flujo más grandes se asignan a chorros coherentes ubicados uno frente al otro a través del horno.