Numerical Simulation of the Multiphase Flow in the Rheinsahl–Heraeus (RH) System

Geng, Duyan; Lei, Hong; He, Jicheng

doi:10.1007/s11663-009-9300-9

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“…É sugerido o desenvolvimento de trabalhos futuros para o aprimoramento do modelo matemático. Apesar das falhas do modelo matemático discutidas acima, é aparente que o problema de penetração de ar encontrado na literatura não está relacionado com a atuação da força de massa virtual, como sugerido por Geng et al [8], ou outros mecanismos físicos. Neves [4] também não identificou melhora significativa da penetração de ar com introdução das forças sustentação, dispersão turbulenta e lubrificação da parede.…”

Section: Resultsunclassified

“…Também é comprometida a possibilidade de extensão desses modelos para previsão de fenômenos mais complexos que dependem da distribuição de gás no reator, como a descarburação e a flotação de inclusões não-metálicas [7]. A literatura apresenta apenas soluções ad-hoc para o problema de penetração de gás, como a prescrição do campo de fração volumétrica de gás ou da velocidade relativa entre fases [8]. O presente trabalho apresenta um modelo matemático capaz de prever a penetração de gás na perna de subida de gaseificadores RH.…”

Section: Introductionunclassified

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Simulação Física E Matemática Da Penetração De De Gás Na Perna De Subida De Um Modelo Físico De Desgaseificador Rh

Braga¹,

Neves²,

Tavares³

2017

Anais Do Seminário De Aciaria, Fundição E Metalurgia De Não-Ferrosos

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ResumoO desgaseificador RH é um reator de refino secundário bem estabelecido. Nesse equipamento, gás inerte é usado para promover a circulação de aço entre a panela de aciaria e uma câmara de vácuo. A predição correta da dispersão de gás na perna de subida do RH é importante para a modelagem confiável do processo. O presente trabalho estudou a penetração de gás na perna de subida do RH por meio de modelos físico e matemático. No estudo, foram considerados apenas um ou dois bicos injetores e vazões de gás, por bico, entre 5l/min e 50l/min. Para as condições com um bico injetor, os resultados das duas abordagens mostraram boa concordância qualitativa. Já para as condições com dois bicos injetores, a concordância só foi satisfatória para vazões de até 30l/min por bico. Adicionalmente, os resultados obtidos indicaram que o problema de penetração de gás em modelos matemáticos de desgaseificador RH identificado na literatura está relacionado com erros numéricos e não com falhas na modelagem da física do problema. Palavras-chave: Desgaseificador RH; Modelo físico, Modelo matemático; penetração de gás. PHYSICAL AND MATHEMATICAL SIMULATION OF THE GAS PENETRATION IN THE UPPER LEG OF A PHYSICAL MODEL OF RH DEGASSER AbstractThe RH degasser is a well-established secondary refining reactor. In this equipment, inert gas is used to promote the circulation of steel between a steelmaking ladle and a vacuum chamber. The correct prediction of gas dispersion in the upper leg of RH is important to ensure a reliable modeling of the process. This work studied the gas penetration in the upper leg of RH by means of physical and mathematical models. Only one or two injectors were considered and gas flow rates, by injector, between 5l/min and 50l/min were employed. For cases with one injector, results from both approaches showed good qualitative agreement. On other hand, for cases with two injectors, the agreement was just satisfactory for gas flow rates up to 30l/min by injector. Additionally, the obtained results showed that the issue of gas penetration in mathematical models of RH degasser identified in the literature is related to numerical errors and does not stem from inadequate modeling of problem physics.

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Section: Resultsunclassified

Section: Introductionunclassified

Simulação Física E Matemática Da Penetração De De Gás Na Perna De Subida De Um Modelo Físico De Desgaseificador Rh

Braga¹,

Neves²,

Tavares³

2017

Anais Do Seminário De Aciaria, Fundição E Metalurgia De Não-Ferrosos

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“…Assumptions concerning gas-liquid flow 8,9,13,14,22,23) (4) The fluids in both the gas and liquid phases are Newtonian, viscous and incompressible, and the fluid flow is at the steady state.…”

Section: Mathematical Modelmentioning

confidence: 99%

“…[8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19] Some researches showed that the circulation flow rate is mainly determined by the vacuum degree and the lifting gas flow rate, [8][9][10][11][12] and it is difficult to increase the circulation flow rate after reaching its saturation value. 8,9) Meanwhile, several measures have also been taken to increase the circulation flow rate and shorten mixing time, such as increasing the diameter of the up snorkel and the down snorkel, 13) using the oval-shape-snorkels, 10) replacing one up snorkel and one down snorkel by three up snorkels and one down snorkel, 14) two up snorkels and one down snorkel or one up snorkel and two down snorkels, 12) applying rotating magnetic field around the up snorkel, 15) blowing additional argon gas, (e.g. blowing argon gas through vacuum chamber bottom 16) and ladle bottom 17,18) ) and so on.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Effect of Traveling Magnetic Field on Flow, Mixing, Decarburization and Inclusion Removal during RH Refining Process

Geng¹,

Lei²,

He³

2012

ISIJ Int.

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In order to improve productivity during RH refining, the traveling magnetic field was imposed around the snorkels. The numerical method was employed to investigate the flow, mixing, decarburization and inclusion removal in RH degasser. Numerical results showed that the predicted results agree well with the experimental data. With the increasing current, the circulation flow rate increases and the mixing time decreases. If the current frequency lies in the range of 10-30 Hz, with the increasing current frequency, the circulation flow rate increases while the mixing time decreases. If the current frequency lies in the range of 30-60 Hz, with the increasing current frequency, the circulation flow rate decreases while the mixing time increases. In order to increase circulation flow rate and shorten mixing time, the most effective measure is to apply the traveling magnetic field around the up snorkel, and the second choice is to apply the traveling magnetic field around the down snorkel if the gas flow rate is smaller than the saturation value. Applying the traveling magnetic field can accelerate the decarburization rate during the process, but can not decrease the final carbon mass concentration. For inclusion removal, the most effective measure is to apply the traveling magnetic field around the up snorkel and down snorkel, and to apply the traveling magnetic field around the up snorkel has the minor effect. Furthermore, the application of traveling magnetic field can decrease the maximum inclusion characteristic radius and the related peak value time.

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“…Vários autores utilizaram modelagem matemática em conjunto com o modelo físico ou com testes industriais para estudar a taxa de circulação e o comportamento do fluxo do aço líquido no interior do desgaseificador RH ("Ruhrstahl Heraeus") variando seus parâmetros dos quais se destacam Li e Tsukihashi [1], Kishan e Dash [2], Geng et al [3,4], e Chen e He [5]. Li e Tsukihashi [1] propuseram um modelo matemático para o escoamento do aço no processo RH quando se aplica um campo eletromagnético rotativo na perna de subida [9] e Almeida et al [10].…”

Section: Introductionunclassified

Modelo Matemático Das Forças De Não-Arraste No Escoamento Bifásico Do Desgaseificador Rh

Neves¹,

Tavares²

2017

Tecnologia Em Metalurgia Materiais E Mineração

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ResumoNo presente trabalho foi feito um estudo do escoamento bifásico do desgaseificador RH em modelos físicos. A modelagem matemática do foi feita utilizando a abordagem de dois fluidos Euleriana-Euleriana. Foi feito um estudo da influência das diferentes forças de não-arraste, tais como: força de dispersão turbulenta, força de lubrificação da parede e força de sustentação. No estudo foi empregado o modelamento matemático na determinação da taxa de circulação no modelo físico do desgaseificador RH da USIMINAS na escala de 1:5. Para a validação dos resultados do modelamento matemático, ensaios foram feitos utilizando estes modelos físicos empregando técnicas para obtenção de tempo de homogeneização de soluções salinas. O acompanhamento do escoamento foi feito através de filmagens utilizando câmera comum e câmera de alta velocidade. Foi determinado que as forças de não-arraste influenciam no escoamento bifásico ar/água sendo a combinação das forças de dispersão turbulenta, lubrificação das paredes e sustentação que possuíram os melhores resultados, ao serem comparados com os resultados experimentais. Palavras-chave: Desgaseificador RH; Escoamento bifásico; Força de arraste; Forças de não-arraste; Taxa de circulação. MATHEMATICAL MODEL OF THE NON-DRAG FORCES IN TWO-PHASES FLOW OF RH DEGASSER AbstractIn the present work a biphasic flow study of the RH degasser was carried out in physical models. The mathematical modeling was made using the Eulerian approach. The influence of different non-drag forces was studied, such as: turbulent dispersion force, wall lubrication force and lift force. In the study, the mathematical modeling was used to determine the circulation rate in the physical model of the RH degasser of USIMINAS in the 1:5 scale. For the validation of the mathematical model, tests were made in the physical model using techniques to obtain homogenization time of salt solutions. The flow monitoring was done by using ordinary camera and high-speed camera. It was determined that the non-drag forces have influence on the two-phase flow (air/water) and the combined forces of turbulent dispersion, wall lubrication force and lift force lead to best results, when compared with the experimental results. Non-drag forces were determined to influence the air / water two-phase flow, the combination of turbulent dispersion, wall lubrication and lifting forces having the best results compared to the experimental results. Keywords: RH Degasser; Two-phase flow; Drag force; Non-drag forces; Circulation flow rate. INTRODUÇÃOA evolução da modelagem matemática durante os anos ocorreu de acordo com a evolução dos métodos de discretização, das metodologias matemáticas, da capacidade de processamento dos computadores empregados e de considerações feitas para formulação dos modelos. Vários autores utilizaram modelagem matemática em conjunto com o modelo físico ou com testes industriais para estudar a taxa de circulação e o comportamento do fluxo do aço líquido no interior do desgaseificador RH ("Ruhrstahl Heraeus") variando seus pa...

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Numerical Simulation of the Multiphase Flow in the Rheinsahl–Heraeus (RH) System

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