Por: pedro francelino garcia (Instituto federal do espírito santo), lucas martins basilio (INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO), Ayrton Cavallini Zotelle (INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO), breno totti maia (lumar metalúrgica ltda), josé roberto de oliveira (INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO), renato do nascimento siqueira (instituto federal espirito santo), joão paulo barbosa (instituto federal do espírito santo)
Resumo:
Os bocais convergentes-divergentes são amplamente utilizados em Fornos Básicos de Oxigênio (BOF) para acelerar o oxigênio a velocidades supersônicas, permitindo o processo de descarbonização do ferro-gusa. Diferentes condições de escoamento, incluindo escoamentos sobreexpandidos, subexpandidos e próximos ao ideal, exibem características distintas. A estrutura complexa do escoamento dentro de bocais supersônicos no processo de inicialização inclui ondas de choque, zonas de recirculação e ondas de expansão, fatores que afetam a eficiência do processo de mistura do ferro-gusa, devido à mudança do tamanho do núcleo potencial. Neste estudo, o software ANSYS Fluent® 2022 foi utilizado para uma simulação axissimétrica 2D de um bocal convergente-divergente trapezoidal, similar ao usado pela ArcelorMittal Tubarão. O modelo de turbulência SST k-ω foi empregado e a análise foi realizada em regime transiente. Imagens de Schlieren foram usadas para analisar os fenômenos que ocorreram na inicialização dos jatos supersônicos. Os resultados indicam que altas razões de pressão do bocal (NPR) levam a altos gradientes de densidade no início do escoamento no bocal, com a presença de choques incidentes, descontinuidade de contato e vórtices. Para baixos valores de NPR, foi observada uma separação precoce da camada limite do jato, causando um fluxo reverso que permite a entrada de ar ambiente no bocal, reduzindo sua vida útil. O tamanho do núcleo potencial também varia com o NPR e bocais com maiores razões de pressão apresentam núcleos potenciais maiores, o que contribui para gerar a turbulência necessária para induzir as reações de refino do aço.
