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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

COBEM 2023

27th International Congress of Mechanical Engineering

NUMERICAL ANALYSIS OF THE EFFECTS OF CONVERGENT-DIVERGENT NOZZLE GEOMETRY ON THE CHARACTERISTICS OF SUPERSONIC JET IN BOF CONVERTERS

Submission Author: Pedro Francelino Garcia , ES
Co-Authors: Pedro Francelino Garcia, Renato Siqueira, Ayrton Cavallini Zotelle, João Paulo Barbosa
Presenter: Renato Siqueira

doi://10.26678/ABCM.COBEM2023.COB2023-1006

 

Abstract

. Convergent-divergent nozzles are widely used in Basic Oxygen Furnaces (BOF) to accelerate oxygen to supersonic speeds, enabling the decarburization process of the hot metal. New nozzle geometries hold promise for enhancing the efficiency of steelmaking process. In this study, it was analyzed the trapezoidal, ideal, ideal truncated at different proportions (7.45%, 14.9%, 22.35%, and 29.8%), and ideal compressed geometries, using Computational Fluid Dynamics (CFD) with two-dimensional axisymmetric modeling and the SST k-w turbulence model, considering the fluid air as an ideal gas. The results revealed that truncating the geometry increases the intensity of shocks at the nozzle exit, while compression intensifies shocks in the throat region. Additionally, all the truncated, compressed, and ideal geometries exhibited a larger potential core compared to the trapezoidal geometry. It was observed that truncating and compressing the divergent region by 29,8% of the initial length resulted in more significant losses in supersonic flow compared to the ideal geometry. These findings suggest that modifying the nozzle geometry can play a crucial role in improving the performance of the steel manufacturing process.

Keywords

Computational fluid dynamics (CFD), BOF, Basic Oxygen Furnace, Steelmaking, Supersonic, supersonic nozzle

 

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