Diseño y Optimización de la Geometría Interna de una Boquilla para un Molde de Colada Continua de Lámina Delgada
Autores: Chiwo, Fernando S.; Susunaga-Notario, Ana del Carmen; Betancourt-Cantera, José Antonio; Pérez-Bustamante, Raúl; Mercado-Lemus, Víctor Hugo; Méndez-Lozoya, Javier; Barrera-Cardiel, Gerardo; García-Herrera, John Edison; Arcos-Gutiérrez, Hugo; Garduño, Isaías E.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño y Optimización de la Geometría Interna de una Boquilla para un Molde de Colada Continua de Lámina Delgada
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Fenómenos
Oscilaciones de chorro
Diseño de boquillas
Dinámica de fluidos
Simulación numérica
Patrón de flujo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Entender los fenómenos que causan oscilaciones del chorro dentro de moldes delgados en forma de embudo es esencial para garantizar la entrega continua de acero líquido, mejorar el control del patrón de flujo y aumentar la productividad de la planta y la calidad del producto final. Esta investigación tiene como objetivo estudiar el efecto del diseño interno de la boquilla en la dinámica de fluidos del sistema boquilla-molde, centrándose en suprimir la generación de vorticidad por debajo de la punta de la boquilla. El diseño optimizado de la boquilla forma la base de los resultados obtenidos a través de simulaciones numéricas. El modelado matemático implica ecuaciones fundamentales, el Modelo de Estrés de Reynolds para la turbulencia y el modelo de Volumen de Fluido Multifásico. Las ecuaciones gobernantes se discretizan y se resuelven utilizando el método implícito iterativo-segregado implementado en FLUENT. Los principales resultados demuestran la posibilidad de controlar las oscilaciones del chorro incluso a altas velocidades de colada y profundidades considerables. La modificación propuesta en la geometría interna de la boquilla se considera capaz de modificar el patrón de flujo dentro del molde. Los cambios geométricos corresponden a un 106% más de elongación que la boquilla original; el cambio se considera un 17% de una forma trapezoidal invertida. Además, hubo un aumento de 2.5 mm en la parte inferior de ambos puertos para compensar la forma trapezoidal invertida. La nueva boquilla diseñada eliminó con éxito el problema de las oscilaciones del chorro dentro del molde al prevenir eficazmente la entrelazación del flujo. Esta mejora es una actualización significativa respecto al diseño original. A nivel microscópico, ocurre un delicado equilibrio de fuerzas en la punta de la bifurcación interna de la boquilla, que se ve influenciado por velocidades fluctuantes y presión ferroestática. Interrumpir este equilibrio de fuerzas conduce a un aumento de las oscilaciones, causando variaciones en la tasa de flujo másico de un puerto a otro. En consecuencia, el diseño de optimización de la boquilla propuesto controla eficazmente las fluctuaciones a microscale por encima de esta zona en conjunto con cambios en la velocidad del flujo, oscilaciones del chorro e inestabilidad en la interfaz metal-escoria.
Descripción
Entender los fenómenos que causan oscilaciones del chorro dentro de moldes delgados en forma de embudo es esencial para garantizar la entrega continua de acero líquido, mejorar el control del patrón de flujo y aumentar la productividad de la planta y la calidad del producto final. Esta investigación tiene como objetivo estudiar el efecto del diseño interno de la boquilla en la dinámica de fluidos del sistema boquilla-molde, centrándose en suprimir la generación de vorticidad por debajo de la punta de la boquilla. El diseño optimizado de la boquilla forma la base de los resultados obtenidos a través de simulaciones numéricas. El modelado matemático implica ecuaciones fundamentales, el Modelo de Estrés de Reynolds para la turbulencia y el modelo de Volumen de Fluido Multifásico. Las ecuaciones gobernantes se discretizan y se resuelven utilizando el método implícito iterativo-segregado implementado en FLUENT. Los principales resultados demuestran la posibilidad de controlar las oscilaciones del chorro incluso a altas velocidades de colada y profundidades considerables. La modificación propuesta en la geometría interna de la boquilla se considera capaz de modificar el patrón de flujo dentro del molde. Los cambios geométricos corresponden a un 106% más de elongación que la boquilla original; el cambio se considera un 17% de una forma trapezoidal invertida. Además, hubo un aumento de 2.5 mm en la parte inferior de ambos puertos para compensar la forma trapezoidal invertida. La nueva boquilla diseñada eliminó con éxito el problema de las oscilaciones del chorro dentro del molde al prevenir eficazmente la entrelazación del flujo. Esta mejora es una actualización significativa respecto al diseño original. A nivel microscópico, ocurre un delicado equilibrio de fuerzas en la punta de la bifurcación interna de la boquilla, que se ve influenciado por velocidades fluctuantes y presión ferroestática. Interrumpir este equilibrio de fuerzas conduce a un aumento de las oscilaciones, causando variaciones en la tasa de flujo másico de un puerto a otro. En consecuencia, el diseño de optimización de la boquilla propuesto controla eficazmente las fluctuaciones a microscale por encima de esta zona en conjunto con cambios en la velocidad del flujo, oscilaciones del chorro e inestabilidad en la interfaz metal-escoria.