Além de armazenar e distribuir o aço líquido para os moldes, uma das funções do distribuidor de lingotamento contínuo é a flotação e separação das inclusões para uma melhor qualidade do produto final. A eficiência e otimização deste processo requer o conhecimento das características do escoamento do aço líquido dentro do distribuidor. Esta dissertação trata do modelamento matemático do escoamento do aço num distribuidor DELTA-T, sem e com modificadores de fluxo e inibidores de turbulência, em condições isotérmicas e não isotérmicas em diferentes situações de vazão e condições térmicas. O software CFX-4 foi utilizado para resolver as equações de movimento, continuidade e transferência de calor utilizando modelo k-ε de turbulência para uma geometria tri-dimensional. A validação de modelo matemático com o modelo físico foi feita através da comparação de planos de laser entre os vetores de velocidade. Para a trajetória do escoamento foi utilizado no modelo físico a técnica do corante. Para a obtenção das curvas DTR – distribuição de tempos de residência no modelo físico foi usada a técnica de injeção de pulso, enquanto que no modelo numérico esta mesma técnica foi aplicada para um escoamento multifásico homogêneo. O perfil de temperatura calculado do aço na superfície foi comparado com medidas experimentais realizadas na usina O objetivo deste trabalho é caracterizar o escoamento do aço através dos perfis de velocidade, energia cinética de turbulência, perfis de temperatura e curvas de distribuição de tempos de residência, avaliando os tempos mínimo e médio de residência e as porções de volumes característicos. Os resultados obtidos indicam que o uso de modificadores de fluxo e inibidores de turbulência são eficientes no controle da emulsificação. É observado que o escoamento apresenta diferenças quando tratado isotermicamente e não isotermicamente.

Com o intuito de minimizar os defeitos superficiais em tarugos do lingotamento contínuo, realizou-se o estudo do comportamento das variáveis de oscilação frente aos defeitos superficiais tipo trincas transversais. Buscou-se ao longo deste trabalho, caracterizar as diferentes condições de oscilação em modo de operação diferenciado, com frequência e tempo de estripamento negativo constante em função da velocidade de lingotamento. Foram avaliadas as características físicas e químicas da região no entorno das marcas de oscilação, identificando a distância, profundidade e largura das marcas. As análises utilizadas foram macrografia, micrografia e ensaio não destrutivo de partículas magnéticas nos tarugos e no produto laminado. Os resultados mostram que elevados tempos de estripamento negativo formam marcas mais profundas que, por consequência, impactam na nucleação de sítios de fragilidade para a propagação de trincas transversais. Foi caracterizada a microestrutura das marcas onde foi possível evidenciar a formação dos ganchos e verificar a presença de elementos danosos à qualidade do produto. / In order to minimize surface defects in continuous casting billets the behavior of the variables compared to the oscillating surface defects – transversal cracks – was carried out. It was tried to characterize the different conditions of oscillation (frequency and negative strip time) dependent on the casting speed. It was evaluated the physical and chemical characteristics in the vicinity of the oscillation marks, identifying the distance, depth and width of marks. The analyses used were macrograph, micrograph and non-destructive testing of magnetic particles on billets and rolled products. The results show that highly negative strip time will cause deeper marks and consequently impact in nucleation sites of fragility for propagation of transversal cracks. It was characterized the microstructure of oscillation marks where it was possible to observe the formation of hooks and verify the presence of harmful elements to quality.

Este trabalho tem como objetivo o estudo de características químicas e de deformação de inclusões não metálicas de aços aplicados na construção mecânica provenientes do processo de lingotamento contínuo, relacionando aspectos de deformação de várias inclusões com as fases apresentadas. As análises referentes às fases presentes foram realizadas por técnicas de mjcroanálise de raios X, e as referentes a suas características de deformabilidade através de ensaios de compressão a quente. Buscou-se comparar os resultados de análises químicas em várias inclusões através do uso de espectrometria por dispersão de comprimento de onda (WDS) com resultados de análises por espectrometria por dispersão de energia (EDS), sendo a última tomada como rotineira e a primeira como técnica de base. Em relação ao mecanismo de deformação, amostras que continham inclusões e que eram provenientes de tarugos brutos de fusão foram submetidas a ensaios de compressão a quente com diferentes graus de deformação final e diferentes velocidades de deformação. Desta forma pode ser gerada uma rotina de análise que possibilitou o agrupamento das inclusões analisadas de acordo com suas características químicas e morfológicas, as quais foram relacionadas com as características de deformação. / The aim of this work is to correlate the chemical and deforrnation characteristics of nonmetallic inclusions presented in structural carbon steels produced by the continuous casting process, with their microestrutural and morphological protile. The microestrutural analyses were carried out by X-ray microanalysis techniques, and the deformation analysis by hot compression tests. The results from chemical analysis by Wavelength Dispersive Spectrometry (WDS) were compared with those obtained by Energy Dispersive Spectrometry (EDS), with the fust one applied as basis analysis and the second as routine analysis. In terms of deforrnation mechanisms, samples with inclusions from continuous casting billets were submitted to hot compression tests with different final deformation degrees and different deforrnation rates. In such way, an anal ysis routine could be obtained, making possible to relte the chemical and morphological features of the inclusions with their deforrnation characteristics.

O objetivo deste trabalho é estudar os efeitos eletromagnéticos e fluido-dinâmicos induzidos no aço, decorrentes do uso de um agitador eletromagnético. Para tal, foi proposta a construção de um modelo numérico que resolva, de forma acoplada, os problemas de eletromagnetismo e fluido-dinâmica. O modelo numérico do problema eletromagnético, em elementos finitos, foi construído utilizando-se o software Opera-3d/Elektra da Vector Fields. O mesmo foi validado com medidas experimentais de densidade de fluxo magnético feitas na usina. O escoamento decorrente da agitação eletromagnética foi resolvido fazendo-se o acoplamento das forças de Lorentz com as equações de Navier-Stokes. Essas últimas foram resolvidas pelo método de volumes finitos, usando-se o software CFX-4 da AEA Technology. O modelo eletromagnético mostrou que existe um torque máximo dependente da freqüência do campo magnético. Também foi observado que a força magnética aumenta em quatro vezes seu valor, quando a corrente é duplicada. O perfil de escoamento produzido no molde, sob agitação eletromagnética, indica, que as situações de lingotamento testadas, não propiciam o arraste da escória. A velocidade crítica de arraste, determinada via modelo físico, não foi atingida para nenhum caso testado. O modelo fluido-dinâmico e térmico apresentou um aumento do fluxo de calor cedido pelo fluido para a casca solidificada com o uso do agitador eletromagnético. Como conseqüência, observou-se uma queda na temperatura do banho. Também foi observado, que o uso do agitador propicia a remoção de inclusões das camadas mais externas do tarugo. Ao mesmo tempo, notou-se que o uso do agitador aumenta o índice de remoção de inclusões para as duas seções de molde analisadas.

Além de armazenar e distribuir o aço líquido para os moldes, uma das funções do distribuidor de lingotamento contínuo é a flotação e separação das inclusões para uma melhor qualidade do produto final. A eficiência e otimização deste processo requer o conhecimento das características do escoamento do aço líquido dentro do distribuidor. Esta dissertação trata do modelamento matemático do escoamento do aço num distribuidor DELTA-T, sem e com modificadores de fluxo e inibidores de turbulência, em condições isotérmicas e não isotérmicas em diferentes situações de vazão e condições térmicas. O software CFX-4 foi utilizado para resolver as equações de movimento, continuidade e transferência de calor utilizando modelo k-ε de turbulência para uma geometria tri-dimensional. A validação de modelo matemático com o modelo físico foi feita através da comparação de planos de laser entre os vetores de velocidade. Para a trajetória do escoamento foi utilizado no modelo físico a técnica do corante. Para a obtenção das curvas DTR – distribuição de tempos de residência no modelo físico foi usada a técnica de injeção de pulso, enquanto que no modelo numérico esta mesma técnica foi aplicada para um escoamento multifásico homogêneo. O perfil de temperatura calculado do aço na superfície foi comparado com medidas experimentais realizadas na usina O objetivo deste trabalho é caracterizar o escoamento do aço através dos perfis de velocidade, energia cinética de turbulência, perfis de temperatura e curvas de distribuição de tempos de residência, avaliando os tempos mínimo e médio de residência e as porções de volumes característicos. Os resultados obtidos indicam que o uso de modificadores de fluxo e inibidores de turbulência são eficientes no controle da emulsificação. É observado que o escoamento apresenta diferenças quando tratado isotermicamente e não isotermicamente.

A busca da melhoria de produtos siderúrgicos leva uma atenção especial para a área da aciaria. Neste trabalho foram estudados os fatores que dificultam o controle da temperatura do aço líquido dentro das faixas objetivadas para o lingotamento contínuo. Esse descontrole tende a afetar negativamente a qualidade do aço. A exigência crescente é pelo controle em faixas cada vez mais restritas, necessitando para tal, um controle rígido da temperatura nas etapas do refino secundário que antecedem o lingotamento. Este trabalho buscou identificar as causas do descontrole de temperaturas mediante a observação “in loco” do processo da aciaria e propor soluções tecnológicas específicas, visto que cada aciaria tem as suas peculiaridades. Para tanto, desenvolveu-se um método para garantir a qualidade das informações do processo e a utilização dessas na previsão das perdas térmicas do aço líquido durante a etapa de desgaseificação e lingotamento contínuo. Um modelo matemático das panelas, desenvolvido e calibrado com dados obtidos na planta, é apresentado como uma solução para a estabilização das perdas térmicas que ocorrem para os refratários das panelas. Por fim, um sistema de aquecimento das válvulas submersas do distribuidor do lingotamento contínuo é proposto, ensaiado e aprovado com ótimos resultados. Todas as soluções encontradas estão sendo diretamente implementadas na aciaria.

Este trabalho tem como objetivo o estudo de características químicas e de deformação de inclusões não metálicas de aços aplicados na construção mecânica provenientes do processo de lingotamento contínuo, relacionando aspectos de deformação de várias inclusões com as fases apresentadas. As análises referentes às fases presentes foram realizadas por técnicas de mjcroanálise de raios X, e as referentes a suas características de deformabilidade através de ensaios de compressão a quente. Buscou-se comparar os resultados de análises químicas em várias inclusões através do uso de espectrometria por dispersão de comprimento de onda (WDS) com resultados de análises por espectrometria por dispersão de energia (EDS), sendo a última tomada como rotineira e a primeira como técnica de base. Em relação ao mecanismo de deformação, amostras que continham inclusões e que eram provenientes de tarugos brutos de fusão foram submetidas a ensaios de compressão a quente com diferentes graus de deformação final e diferentes velocidades de deformação. Desta forma pode ser gerada uma rotina de análise que possibilitou o agrupamento das inclusões analisadas de acordo com suas características químicas e morfológicas, as quais foram relacionadas com as características de deformação. / The aim of this work is to correlate the chemical and deforrnation characteristics of nonmetallic inclusions presented in structural carbon steels produced by the continuous casting process, with their microestrutural and morphological protile. The microestrutural analyses were carried out by X-ray microanalysis techniques, and the deformation analysis by hot compression tests. The results from chemical analysis by Wavelength Dispersive Spectrometry (WDS) were compared with those obtained by Energy Dispersive Spectrometry (EDS), with the fust one applied as basis analysis and the second as routine analysis. In terms of deforrnation mechanisms, samples with inclusions from continuous casting billets were submitted to hot compression tests with different final deformation degrees and different deforrnation rates. In such way, an anal ysis routine could be obtained, making possible to relte the chemical and morphological features of the inclusions with their deforrnation characteristics.

Com o intuito de minimizar os defeitos superficiais em tarugos do lingotamento contínuo, realizou-se o estudo do comportamento das variáveis de oscilação frente aos defeitos superficiais tipo trincas transversais. Buscou-se ao longo deste trabalho, caracterizar as diferentes condições de oscilação em modo de operação diferenciado, com frequência e tempo de estripamento negativo constante em função da velocidade de lingotamento. Foram avaliadas as características físicas e químicas da região no entorno das marcas de oscilação, identificando a distância, profundidade e largura das marcas. As análises utilizadas foram macrografia, micrografia e ensaio não destrutivo de partículas magnéticas nos tarugos e no produto laminado. Os resultados mostram que elevados tempos de estripamento negativo formam marcas mais profundas que, por consequência, impactam na nucleação de sítios de fragilidade para a propagação de trincas transversais. Foi caracterizada a microestrutura das marcas onde foi possível evidenciar a formação dos ganchos e verificar a presença de elementos danosos à qualidade do produto. / In order to minimize surface defects in continuous casting billets the behavior of the variables compared to the oscillating surface defects – transversal cracks – was carried out. It was tried to characterize the different conditions of oscillation (frequency and negative strip time) dependent on the casting speed. It was evaluated the physical and chemical characteristics in the vicinity of the oscillation marks, identifying the distance, depth and width of marks. The analyses used were macrograph, micrograph and non-destructive testing of magnetic particles on billets and rolled products. The results show that highly negative strip time will cause deeper marks and consequently impact in nucleation sites of fragility for propagation of transversal cracks. It was characterized the microstructure of oscillation marks where it was possible to observe the formation of hooks and verify the presence of harmful elements to quality.

No lingotamento contínuo, o fenômeno de clogging é um problema ainda a ser resolvido e pouco se sabe a respeito da fluidodinâmica em válvulas do tipo tampão. Este trabalho pretende contribuir para uma melhor compreensão do mecanismo de deposição de inclusões de alumina, empregando um modelo fluidodinâmico computacional para caracterizar o escoamento do aço na região da válvula tampão. Para o cálculo, foi modelada uma geometria tridimensional da região próxima à válvula. A solução do escoamento foi realizada usando as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS). A deposição de inclusões foi implementada com dois modelos distintos: Lagrangeano e o ASM (Algebraic Slip Model). Foram avaliadas diferentes aberturas do tampão para visualizar o comportamento do aço na região da válvula e relacioná-lo à taxa de deposição de inclusões. Observou-se que, para ambos os modelos, quanto mais elevada estiver a válvula tampão, menor a taxa de deposição de inclusões. Numa segunda etapa, foi simulada a injeção de gás através do colo da válvula por meio de 16 injetores com o objetivo de ver a influência desta nas regiões de mais provável deposição. Observou-se que a injeção de gás contribuiu para a redução da taxa de deposição na região da válvula. / The clogging phenomenon is a yet to be solved problem and there is little knowledge about the fluid-dynamic relation to inclusions deposition. The purpose of this study is to help to understand the inclusions deposition mechanism, employing a CFD model to describe the steel flow in a stopper rod. A 3D geometry of the nozzle region was built and the results were obtained using Reynolds Average Navier-Stokes (RANS). The study of the deposition of inclusions was implemented with two different models: Lagrangian and ASM (Algebraic Slip Model). Different stopper rod openings were evaluated in order to visualize the steel flow through the nozzle and compare the alumina deposition rate. It was observed that larger stopper rod openings lower the inclusions deposition rate. In the second part of this study, the gas is injected through 16 points located at the nozzle to evaluate its influence on the aluminum deposition rate. The comparison between numerical results showed that the gas injection has reduced the deposition rate on the stopper rod region.

No lingotamento contínuo, o fenômeno de clogging é um problema ainda a ser resolvido e pouco se sabe a respeito da fluidodinâmica em válvulas do tipo tampão. Este trabalho pretende contribuir para uma melhor compreensão do mecanismo de deposição de inclusões de alumina, empregando um modelo fluidodinâmico computacional para caracterizar o escoamento do aço na região da válvula tampão. Para o cálculo, foi modelada uma geometria tridimensional da região próxima à válvula. A solução do escoamento foi realizada usando as equações de Navier-Stokes com médias de Reynolds (RANS). A deposição de inclusões foi implementada com dois modelos distintos: Lagrangeano e o ASM (Algebraic Slip Model). Foram avaliadas diferentes aberturas do tampão para visualizar o comportamento do aço na região da válvula e relacioná-lo à taxa de deposição de inclusões. Observou-se que, para ambos os modelos, quanto mais elevada estiver a válvula tampão, menor a taxa de deposição de inclusões. Numa segunda etapa, foi simulada a injeção de gás através do colo da válvula por meio de 16 injetores com o objetivo de ver a influência desta nas regiões de mais provável deposição. Observou-se que a injeção de gás contribuiu para a redução da taxa de deposição na região da válvula. / The clogging phenomenon is a yet to be solved problem and there is little knowledge about the fluid-dynamic relation to inclusions deposition. The purpose of this study is to help to understand the inclusions deposition mechanism, employing a CFD model to describe the steel flow in a stopper rod. A 3D geometry of the nozzle region was built and the results were obtained using Reynolds Average Navier-Stokes (RANS). The study of the deposition of inclusions was implemented with two different models: Lagrangian and ASM (Algebraic Slip Model). Different stopper rod openings were evaluated in order to visualize the steel flow through the nozzle and compare the alumina deposition rate. It was observed that larger stopper rod openings lower the inclusions deposition rate. In the second part of this study, the gas is injected through 16 points located at the nozzle to evaluate its influence on the aluminum deposition rate. The comparison between numerical results showed that the gas injection has reduced the deposition rate on the stopper rod region.