Modelado físico de la incidencia de un chorro de aire sobre una superficie de agua

• J. Solórzano-López ^[1] ; M.A. Ramírez-Argáez ^[1] ; R. Zenit ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional Autónoma de México

     Universidad Nacional Autónoma de México

     México

     
• Localización: Revista de metalurgia, ISSN 0034-8570, Vol. 46, Nº 5, 2010, págs. 421-434
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Physical modeling of the impingement of an air jet on a water surface
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  • español

    El uso de chorros de gas (oxígeno) es fundamental en diversos procesos de aceración, como el Horno Básico de Oxígeno (BOF, por sus siglas en inglés) o en el Horno Eléctrico de Arco (EAF). Estos chorros mejoran la transferencia de calor, masa y cantidad de movimiento en el metal y el mezclado de especies y son muy importantes en la formación de escoria espumosa. En este trabajo, se realizaron mediciones experimentales de las dimensiones de la cavidad formada en la superficie líquida por la incidencia de un chorro, así como también se obtuvieron vectores de velocidad en la zona aledaña a dicha cavidad. Éstas, se midieron usando una cámara de alta velocidad, mientras que los mapas vectoriales se obtuvieron por la técnica PIV (Particle Image Velocimetry). Las velocidades y las dimensiones de las cavidades se determinaron como función de las principales variables de proceso: flujo de gas, distancia entre tobera y superficie libre, diámetro de tobera y ángulo de lanza. Las dimensiones de la cavidad se procesaron estadísticamente, como función de las variables de proceso y como función de los números adimensionales que lo gobiernan. En este caso, el número de Froude junto con el de Weber controlan la geometría de la depresión. El flujo en el seno del líquido es principalmente afectado por el flujo de aire, la altura y el ángulo de la lanza.

  • English

    The use of gas jets (oxygen) plays a key role in several steelmaking processes as in the Basic Oxygen Furnace (BOF) or in the Electric Arc Furnace (EAF). Those jets improve heat, mass and momentum transfer in the liquid metal, mixing of chemical species enhancing and govern the formation of foaming slag. In this work experimental measurements were performed to determine the dimensions of the cavity formed at the liquid free surface caused by a gas jet impinging on it; also velocities vectors were measured in the zone affected by the gas jet. Cavities were measured from images from high speed camera and the vector maps were obtained with a Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Both velocities and cavities were determined as a function of the main process variables: gas flow rate, distance of the nozzle from the free surface and lance angle. Cavity dimensions were statistically processed treated as a function of the process variables and also as a function of the proper dimensionless numbers that govern these phenomena. It was found that Weber and Froude numbers govern the cavity geometry. Liquid flow driven by the jet is mainly affected by the air flow rate, lance height and angle.