Estudio numérico del proceso de escurrido neumático en galvanización

Abstract

[Resumen] En este trabajo fin de máster se lleva a cabo un estudio numérico del proceso de escurrido neumático (“jet wiping”). Este método es utilizado en el proceso de producción de acero galvanizado en caliente, donde una lámina de acero se sumerge de forma continua en un baño de zinc fundido, arrastrando con ella una capa de líquido que es la que forma el revestimiento. El grosor de esta capa es excesivo, por lo que se reduce mediante la acción de un chorro horizontal de aire. Se trata de un proceso inestable que resulta en la generación de ondulaciones que afectan a la calidad del producto final. Para el análisis numérico de dicha configuración física se hace uso de métodos de dinámica de fluidos computacional (CFD). Se han utilizado modelos de alta fidelidad basados en simulaciones 3D bifásicas, así como otras alternativas simplificadas de menor coste computacional orientadas a su utilización en la industria. Este es el caso de un modelo integral de película líquida y un modelo teórico unidimensional basado en la teoría de la lubricación. Los resultados se confrontan con una extensa serie de datos experimentales obtenidos recientemente. Su análisis permite una mejor comprensión de los fenómenos físicos que hay en el origen de las ondulaciones.

[Resumo] Neste traballo fin de mestrado lévase a cabo un estudo numérico do proceso de escorrido pneumático (“jet wiping”). Este método é utilizado no proceso de produción de aceiro galvanizado en quente, onde unha lámina de aceiro somérxese de forma continua nun baño de zinc fundido, arrastrando con ela unha capa de líquido que é a que forma o revestimento. O grosor desta capa é excesivo, polo que se reduce por medio da acción dun chorro horizontal de aire. Trátase dun proceso inestable que resulta na xeración de ondulacións que afectan á calidade do produto final. Para a análise numérica de dita configuración física faise uso dos métodos de dinámica de fluídos computacional (CFD). Utilizáronse modelos de alta fidelidade baseados en simulacións 3D bifásicas, así coma outras alternativas simplificadas de menor coste computacional orientadas á súa utilización na industria. Este é o caso dun modelo integral de película líquida e un modelo teórico unidimensional baseado na teoría da lubricación. Os resultados confróntanse cunha extensa serie de datos experimentais obtidos recentemente. A súa análise permite unha mellor comprensión dos fenómenos físicos na orixe das ondulacións.

[Abstract] In this master thesis a numerical study of the jet wiping is carried out. This method is used in the production process of hot galvanized steel and consists of a steel strip immersed in a molten zinc bath, dragging a layer of liquid that is the coating. The thickness of this layer is excessive, so it is reduced by the action of a horizontal plane gas jet. This is an unstable process that results in the generation of undulations that affect the quality of the final product. Computational fluid dynamics (CFD) is employed for the numerical analysis. High fidelity models based on 3D two-phase simulations, as well as other computational less expensive alternatives are used. This is the case of an integral liquid film model and a theoretical unidimensional model based on the lubrication theory. The results are confronted to an extensive experimental dataset recently collected. The analysis allows a better understanding of the physical phenomena at the origin of undulations.