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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO. MEX
A.J. Reséndiz, y R. Pavanello.
SIMULACIÓN TÉRMICA SOBRE CANALES DE GUSA Y ESCORIA DE ALTO HORNO
IntroducciónEmpresa Brasileña de Alto Horno tiene un problema
sobre el desgaste y calentamiento en sus canales de sangrado de acero fundido (gusa) y escoria.
Se propone hacer un análisis térmico transientebidimensional, de acuerdo al calentamiento del canal por escurrimiento en los siguientes periodos:
3 hrs lleno, luego 3 hrs vacío, otro con 3 hrs lleno luego 15 min vacío, ambos análisis hasta un total de 36hrs, luego hasta 54 hrs.
Finalmente se repiten los dos análisis y se dejan un tiempo considerable hasta obtener un estado estable
Lo anterior a fin de establecer un grosor de concreto civil que debe forrar el canal, para reducir el calentamiento que tiene la pared externa.
Desgaste de canal
Acero fundido
MATERIALES y dimensionesCOEF. CONVECCION
25 W/m2ªC
1m
0.767m
0.6m1m
0.5m
0.5m
0.18m
0.225m
.35 .225 .225 .15
ESPESOR. 1”
DENS 800
C. ESP 1100
TIPO E.F. PLANE55
Mallado del canal de escoria
CONDICIONES DE FRONTERA
Dentro de los macros, se establecieron las siguientes condiciones de frontera:
Para escurrimiento del canal de gusa 1500 ºCPara escurrimiento del canal de escoria 1400
ºCContacto con el exterior en ambos casos,
convección de 25W/m2ºC
Condición Inicial 30ºC
En un primer paso resolvemos para 3h (10800s), y salvamos la solución en un archivo tipo .rth. Esto corresponde a un flujo de gusa durante 3h.
Luego para cada canal, en un segundo paso, vamos a hacer una iteración entre un estado vacío y uno lleno por periodos de 3 hr c/u.
Entonces leemos el archivo de datos .rth mediante la instrucción LDREAD,TEMP. Esta será tomada como condición inicial cada que se lea.
También estaremos cambiando de una condición de frontera en el escurrimiento del canal de 1500 ºC (resp. 1400ºC) a una convección de 350.
Salvamos los resultados cada 3h y 3h. Hasta un tiempo considerable ( 36h, 54h, o hasta se estabilice el proceso).
• PROGRAMACION DEL MACRO
• ns=10
• ! ************** 1 passo ****************
• TIME,10800 !10800seg= 3 hrs • AUTOTS,0• KBC,1 • OUTRES,ALL,ALL !Write to file at every step
• SAVE • nsubst,ns• SOLVE
• ! ****************************** 2 passo ****************
• *do,i,1,30• LDREAD,TEMP,(2*i)1,ns,,2,'termico2','rth'' • dldele,linhacanal,temp• SFL,linhacanal,CONV,25, ,350, ! • TIME,10800*(2*i) ! • AUTOTS,0• KBC,1 • OUTRES,ALL,ALL !Write to file at every step
• SAVE • nsubst,ns • solve• LDREAD,TEMP,(2*i),ns,,2,'termico2','rth','
• SFLDELE,linhacanal,CONV• DL,linhacanal, ,TEMP,1500,1 • TIME,10800*(2*i+1) !mais 3 hrs • AUTOTS,0• KBC,1 • OUTRES,ALL,ALL !Write to file at every step
• SAVE • nsubst,ns• solve• *enddo
RESULTADOS canal de gusa (Seg,ºC)
Nodo 6250 externo
Nodo 750 interno
3 hrs.
RESULTADOS canal de escoria (Seg,ºC)
3 hrs.
Nodo 6250 externo
Nodo 750 interno
Canal escorialleno
Concreto civil
31 hrs.
61 hrs
Canal escoriavacío
30 hrs
60 hrs
Canal de gusa
Concreto civil18 hrs
18 hrs lleno
17.3 vacío
RESULTADOS (15 min vacío)
Se logra una buena programación en dos MACROS de ANSYS tomando el archivo de datos .rth y ciclándolo con una instrucción do enddo.
Se observa que para este forro de concreto civil propuesto se obtiene una estabilidad de temperatura muy por debajo de los 200ºC para ambos canales
Se recomienda revitalizar perímetro hidráulico a geometría de diseño, y optimizar el forro de concreto a una temperatura deseada, vía una programación que permita una simulación óptima.