Os sistemas agitados a gás são de grande importância para a indústria em geral, com uma série de aplicações de relevância industrial dentre as quais está o processamento de metais, em sistemas envolvendo o ajuste de composição pela interação entre gás e metal fundido. Além de promover a homogeneização da temperatura e da composição do metal fundido, a injeção de gás é utilizada para reações químicas e eliminação de compostos químicos indesejados. Na desgaseificação a vácuo do aço fundido, o gás argônio inserido ao sistema é responsável pela remoção de hidrogênio e nitrogênio presentes no metal. Tais gases provocam efeitos prejudiciais à qualidade do produto final, afetando sua resistência e vida útil. Apesar de serem reatores de simples operação, as colunas de bolhas apresentam escoamento muito complexo e pouco compreendido. Sendo o líquido um metal fundido a altas temperaturas, outras limitações são agregadas ao estudo do processo, como condições de temperatura e dificuldades relacionadas à coleta de amostras e visualização do escoamento. Dito isto, a modelagem por Fluidodinâmica Computacional (CFD) se mostra um recurso de grande potencial para simular o escoamento multifásico envolvido no processo. O presente trabalho tem por finalidade desenvolver um modelo numérico por Fluidodinâmica Computacional para o tratamento do aço fundido por desgaseificação a vácuo, usado como meio de estudo da distribuição da área interfacial de troca de massa e concentração de gases indesejados no aço. Foram investigados os efeitos sobre a eficiência do processo e os perfis de velocidade e pressão do escoamento através da implementação do modelo multifásico Euler-Euler, modelo de turbulência -, com contribuição de modelos BIT de Troshko-Hassan e Simonin-Viollet, e modelo de transferência de massa com adição da correlação de Besagni et. al (2018) para a área interfacial. O campo de velocidade foi previsto com precisão, em regiões longe do injetor de gás, para ambos os modelos BIT, entretanto, nenhum dos modelos apresentou melhoria significativa na acurácia em relação ao modelo - padrão. O modelo Simonin-Viollet mostrou ser altamente dependente dos valores do seu coeficiente. A correlação de Besagni et. al (2018) no modelo de transferência de massa mostrou ter efeito positivo na acurácia do modelo, 98,86% comparado a 93,65% do modelo inicial.

Gas agitated systems are of great importance for industry in general, with a number of relevant industrial applications among which is metal refining, in systems involving the adjustment of composition through the interaction between gas and molten metal. Besides promoting homogenization of the temperature and composition of the molten metal, gas injection is also used for chemical reactions and the elimination of unwanted chemical compounds. In vacuum degassing of molten steel, the argon gas injected into the system is responsible for removing hydrogen and nitrogen present in the metal. These gases cause harmful effects to the quality of the final product, affecting its resistance and product life. Despite their relatively simple operation, bubble columns present complex and not fully understood flow patterns. In the present case, where the liquid phase consists of a molten metal at high temperatures, other limitations exist to the study of the process, such as temperature conditions and difficulties related to sample collection and flow visualization. In this case, Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling is a powerful tool to simulate the multiphase flow involved in the process. The present study aims to develop a numerical model for the treatment of molten steel by vacuum degassing using CFD technique as a means for studying the distribution of the interfacial area and the concentration of gases in the steel. The effects of different process conditions on process efficiency, velocity and pressure profiles were investigated by implementing the Euler-Euler multiphase model, - turbulence model with BIT contributions from Troshko-Hassan and Simonin-Viollet models, and mass transfer model with adding correlation of Besagni et. al (2018) for the exchange interfacial area. The velocity field was accurately predicted in regions far from the gas injector for both BIT models, however, neither model showed significant improvement in accuracy over the standard - model. The Simonin-Viollet model was shown to be highly dependent on the values of its coefficient. The Besagni et. al (2018) correlation in the mass transfer model was shown to have a positive effect on the accuracy of the model, 98.86% compared to 93.65% for the initial model.