بررسی تجربی و عددی جریان سیال و جداسازی آخال در تاندیش ریخته گری مداوم فولاد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا

2 دانشگاه یزد*فنی و مهندسی

3 مهندسی مکانیک/دانشگاه یزد

چکیده

در طی فرآیند ریخته‌گری مداوم فولاد، تاندیش آخرین عمل‌کننده متالورژیکی است که در آن فرصتی برای حذف ناخالصی‌های موجود در مذاب فراهم خواهد شد. بنابراین بهبود پدیده‌های مربوط به جریان سیال در داخل تاندیش ریخته‌گری مداوم از جمله نوع الگوی جریان، افزایش مدت زمان ماندگاری آخال در تاندیش، کاهش حجم سیال راکد و همچنین افزایش جریان سیال در حال چرخش در تاندیش می‌تواند باعث بهبود فرآیند جداسازی آخال از مذاب و تهیه فولادی تمیز گردد. در این تحقیق با شبیه‌سازی عددی و تجربی، رفتار جریان در تاندیش ریخته‌گری مداوم فولاد مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در روش عددی از نرم‌افزار فلوئنت جهت شبیه‌سازی جریان استفاده گردیده و در روش تجربی با ساخت تاندیشی از جنس شیشه با مقیاس 4:1 و شبیه‌سازی فیزیکی جریان سیال، تأثیر بکارگیری مانع در تاندیش، همچنین تغییر ارتفاع مذاب بر رفتار جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی‌ها نشان داده است که کاهش ارتفاع مذاب در تاندیش، سبب افزایش آخال جدا شده از مذاب گردیده و زمان ماندگاری آخال در تاندیش را افزایش می‌دهد. همچنین بکارگیری مانع در محل ورودی جریان به تاندیش همراه با مانع بلند در طرفین تاندیش، باعث بهبود الگوی جریان و افزایش آخال جدا شده از مذاب می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Simulation of Fluid Flow and Inclusion Removal in the Steel Continuous Casting Tundish

نویسندگان [English]

  • mohamad reza mosalman yazdi 1
  • Ahmad Reza Faghih Khorasani 2
  • Shahram Talebi 3
1 yazd university
3 Mechanical Engineering/Yazd University
چکیده [English]

During the steel continuous casting process, the tundish is the last metallurgical actuator in which there will be an opportunity for removal of impurities present in the melt. Therefore, improving of the fluid flow phenomena inside the tundish, including the type of fluid flow pattern, increasing of inclusion residence time in the tundish, decreasing of volume of stagnant fluid and increasing of fluid flow in the rotation, can improve the process of separation of the inclusion and absorbing them into slag and the preparation of clean steel. In the mathematical method, the FLUENT software is used and in the experimental method, by manufacturing of the glass tundish in 1:4 scale and molten flow physical simulation, the effect of applying the dam in the tundish, as well as the change in the height of the melt on the behavior of the flow has been investigated, and it has been determined that decreasing of the molten height in the tundish increases the separated inclusion from the molten and inclusion residence time in the tundish. Also, using the dam at the inlet nozzle with a tall dam on the sides of the tundish leads to the removal of the inclusion and improving the molten flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • numerical simulation
  • experimental simulation
  • tundish
  • Fluid flow
  • inclusion removal
[1]  S. Lopez-Ramirez, J. Palafox-Ramos, R. Morales, J. Barreto, D. Zacharias, Modeling study of the influence of turbulence inhibitors on the molten steel flow, tracer dispersion, and inclusion trajectories in tundishes, Metallurgical and Materials Transactions B, 32(4) (2001) 615-627.
[2]  M. Alizadeh, H. Edris, Optimization of molten flow pattern in steel making tundish for cleanliness steel productin and minimum mix  production Journal of Advanced Materials and Technologies, 3(2) (2013) 11-23. (in Persian)
[3]  Y. Miki, B.G. Thomas, Modeling of inclusion removal in a tundish, Metallurgical and materials transactions B, 30(4) (1999) 639-654.
[4]  J.G. Liu, H.C. Yan, L. Liu, X. H. Wang, Water modeling of optimizing tundish flow field, Journal of iron and steel research, International, 14(3) (2007) 1420.
[5]  S.G. Zheng, M.Y. Zhu, Y.L. Zhou, S. Wang, Flow characteristics and inclusion removal in a ten-strand continuous casting tundish: Physical Modelling and Industrial Trials, Journal of Iron and Steel Research, International, 23(2) (2016) 92-97.
[6]  P.K. Jha, P.S. Rao, A. Dewan, Effect of height and position of dams on inclusion removal in a six strand tundish, ISIJ international, 48(2) (2008) 154-160.
[7]  S. Yang, L. Zhang, J. Li, K. Peaslee, Structure optimization of horizontal continuous casting tundishes using mathematical modeling and water modeling, ISIJ international, 49(10) (2009) 1551.0651
[8]  A. Kumar, D. Mazumdar, S.C. Koria, Modeling of fluid flow and residence time distribution in a fourstrand tundish for enhancing inclusion removal, ISIJ international, 48(1) (2008) 38-47.
[9]  L. Zhang, S. Taniguchi, K. Cai, Fluid flow and inclusion removal in continuous casting tundish, Metallurgical and Materials Transactions B, 31(2) (2000) 253-266.
[10] E. Martinez, M. Maeda, L.J. Heaslip, G. Rodriguez, A. Mclean, Effects of fluid flow on the inclusion separation in continuous casting tundish, Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, 26(8) (1986) 724-731.
[11] C. Damle, Y. Sahai, The effect of tracer density on melt flow characterization in continuous casting tundishes–a modeling study, ISIJ international, 35(2) (1995) 163-169.
[12] C. Fan, R. Shie, W.S. Hwang, Studies by mathematical and physical modelling of fluid flow and inclusion removal phenomena in slab tundish for casting stainless steel using various flow control device designs, Ironmaking & Steelmaking, 30(5) (2003) 341-347.
[13] Y. Sahai, T. Emi, Criteria for water modeling of melt flow and inclusion removal in continuous casting tundishes, ISIJ international, 36(9) (1996) 1166-1173.
[14] J. Rogler, L. Heaslip, M. Mehrvar, Physical modelling of inclusion removal in a tundish by gas bubbling, Canadian metallurgical quarterly, 44(3) (2005) 357-368.
[15] D.Y. Sheng, C.S. Kim, J.K. Yoon, T.C. Hsiao, Water model study on convection pattern of molten steel flow in continuous casting tundish, ISIJ international,38(8)(1998)843-851.
[16] S. Singh, S.C. Koria, Model study of the dynamics of flow of steel melt in the tundish, ISIJ international,33(12)(1993)1228-1237 .
[17] S. Zheng, M. Zhu, Optimisation of baffles in six strand round bloom continuous casting tundish: a physical modelling study, Ironmaking & steelmaking,33(5)(2006) 398-406.