Homogenizacja chemiczna ciekłej stali przepływającej przez kadź pośrednią podczas procesu wprowadzania dodatku stopowego

This paper presents the results of research on the behaviour of an alloy addition in steel flowing through the tundish used for casting slabs. The device under examination is a wedge-shaped single-nozzle tundish of a capacity of 30 Mg. Due to the complexity of alloy addition dissolution and dispersion in metallurgical processes, a decision was made to use the Species Model available within the Ansys-Fluent® program. For describing the turbulence, the Realizable k-ɛ model was chosen. By defining the heat losses on respective planes making up the virtual model, the non-isothermal conditions existing during the flow of liquid steel through the tundish were considered. From the performed numerical simulations, the fields of steel flow and steel temperature and alloy addition concentration in the tundish working space were obtained. In order to accurately illustrate the process of chemical homogenization in the tundish working space, mixing curves were recorded. Based on the obtained results (mixing curves), the mixing time needed for achieving the 95% level of chemical homogenization was calculated.Praca przedstawia wyniki badań zachowania się dodatku stopowego w stali przepływającej przez kadź pośrednią stosowaną do odlewania wlewków płaskich. Rozpatrywanym obiektem jest jedno-wylewowa kadź pośrednia o kształcie klina i pojemności nominalnej 30 Mg. Do opisu zachowania się dodatku stopowego w ciekłej stali zastosowano model ”Species” dostępny w programie Ansys-Fluent®. Do opisu turbulencji zastosowano model Realizable k-ɛ. Poprzez zdefiniowanie strumieni cieplnych na poszczególnych płaszczyznach wirtualnego modelu otrzymano przepływ ciekłej stali przez kadź pośrednią w warunkach nieizotermicznych. Na podstawie wykonanych symulacji numerycznych otrzymano pola przepływu i temperatury ciekłej stali oraz rozkładu stężenia dodatku stopowego. W trakcie symulacji numerycznej zarejestrowano również krzywe mieszania. Na podstawie krzywych mieszania wyznaczono czas mieszania wymagany do osiągnięcia 95% poziomu homogenizacji chemicznej

Eksperyment przemysłowy i modelowanie matematyczne przepływu ciekłej stali w kadzi pośredniej z trzema otworami wylewowymi

The dynamic development of the continuous steel casting (CSC) process has resulted in the application of this technology to the casting of steel semi-finished products on a mass scale. In the CSC process, before the cooling and solidification of liquid steel commences, the liquid metal dynamically flows through the steelmaking ladle, the tundish and the mould. Therefore, the control of steel flow is the key to the correct process. One of the metallurgical device in which the control of steel flow hydrodynamics is of crucial importance is the tundish. The subject of investigation within the present study was a three-nozzle tundish designed for casting of blooms. The software program Ansys-Fluent R was employed for the analysis of tundish operation. For the verification of the correctness of obtained results, an industrial experiment was carried out. For modification of the hydrodynamic conditions within the working volume of the tundish, two flow control devices were proposed, namely: a dam and a dam with an overflow window. The outcome of performed computer simulations were liquid steel flow fields and residence time distribution curves.Dynamiczny rozwój procesu ciągłego odlewania stali spowodował masowe zastosowanie tej technologii do odlewania pół- wyrobów stalowych. W procesie COS zanim nastąpi proces chłodzenia ciekłej stali i krzepnięcia, metal dynamicznie przepływa przez układ kadź stalownicza, kadź pośrednia a krystalizator. W związku z tym faktem kontrola przepływu stali jest kluczem do poprawnego przebiegu procesu. Jednym z urządzeń metalurgicznych w którym sterowanie hydrodynamiką przepływu stali jest niezwykle ważne jest kadź pośrednia. W niniejszej pracy badanym obiektem była trój wylewowa kadź pośrednia przeznaczona do odlewania wlewków kwadratowych. Do analizy pracy kadzi wykorzystano program komputerowy Ansys-Fluent®. Dla weryfikacji poprawności otrzymanych wyników badań wykonano eksperyment przemysłowy. Do modyfikacji warunków hydrodynamicznych w objętości roboczej kadzi pośredniej zaproponowano dwa rodzaje urządzeń sterujących przepływem: przegrodę i przegrodę z oknem przelewowym. Efektem wykonanych symulacji komputerowych były pola przepływu ciekłej stali oraz krzywe czasu przebywania

Metoda PIV i obliczenia numeryczne dla prognozowania struktury przepływu ciekłej stali w kadzi pośredniej

This paper presents the results of computer simulations and laboratory experiments carried out to describe the motion of steel flow in the tundish. The facility under investigation is a single-nozzle tundish designed for casting concast slabs. For the validation of the numerical model and verification of the hydrodynamic conditions occurring in the examined tundish furniture variants, obtained from the computer simulations, a physical model of the tundish was employed. State-of-the-art vector flow field analysis measuring systems developed by Lavision were used in the laboratory tests. Computer simulations of liquid steel flow were performed using the commercial program Ansys-Fluent. In order to obtain a complete hydrodynamic picture in the tundish furniture variants tested, the computer simulations were performed for both isothermal and non-isothermal conditions.W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznej i eksperymentów laboratoryjnych opisujacych ruch stali w kadzi posredniej. Analizowanym obiektem była jedno-wylewowa kadz posrednia przeznaczona do odlewania wlewków płaskich. Do walidacji modelu numerycznego i weryfikacji warunków hydrodynamicznych wystepujacych w analizowanych wariantach zabudowy kadzi posredniej zastosowano symulacje komputerowe i fizyczny model kadzi posredniej. W eksperymentach laboratoryjnych do analizy wektorowego pola przepływu zastosowano system pomiarowy firmy Lavision. Symulacje komputerowe przepływu ciekłej stali wykonano programem Ansys-Fluent. W celu zyskania pełnego obrazu hydrodynamiki ruchu stali w analizowanym obiekcie symulacje komputerowe wykonano dla warunków izotermicznych i nieizotermicznych

Numerical And Physical Simulation Of Liquid Steel Behaviour In One Strand Tundish With Subflux Turbulence Controller

This paper presents the results of computer simulations (Ansys-Fluent) and laboratory experiments (physical water model) carried out to describe the motion of steel flow in the tundish. The facility under investigation is a single-nozzle slab tundish. The internal geometry of consider object was changed by flow control device i.e. subflux turbulence controller (STC). In order to obtain a complete hydrodynamic picture in the tundish furniture variants tested, the computer simulations were performed for both isothermal and non-isothermal conditions. From the performed computer simulations and laboratory experiments (physical modeling) it can be found that, the non-isothermal conditions occurring during continuous steel casting will definitely influence the hydrodynamic pattern forming in the tundishes with STC

Numeryczna symulacja zachowania się wtrąceń niemetalicznych w jednowylewowej kadzi pośredniej wyposażonej w urządzenia sterujące przepływem

An effective refining of liquid steel can be carried out either in a tundish or in the mould of a CSC machine. Being a flow reactor, the tundish performs the function of a link between the steelmaking ladle and the mould. Owing to this fact, the liquid steel resides in the tundish for a specific time, which enables the tundish to be used for refining purposes. For modification oftundish internal working space, two types of flow control device (FCD), namely a ceramic gas-permeable barrier and a subflux turbulence controller (STC), were proposed. For simulation of movement of gas phase and non-metallic inclusions, a discrete phase model was used. The obtained results unambiguously indicate which of the proposed tundish equipment configurations will be more advantageous for intensifying the process of liquid steel refining from NMIs.Skuteczną rafinację ciekłego metalu można prowadzić zarówno w kadzi pośredniej jak i w krystalizatorze urządzenia COS. Kadź pośrednia będąc reaktorem przepływowym pełni funkcję łącznika pomiędzy kadzią stalowniczą a krystalizatorem. W związku z tym faktem ciekła stal przebywa w kadzi pośredniej przez określony czas co umożliwia jej zastosowanie do procesów rafinacyjnych. Modernizacja kadzi pośredniej polegała na przebudowie jej wewnętrznej przestrzeni roboczej. W tym celu zaproponowano dwa typy urządzeń sterujących przepływem (USP) tj. ceramiczną przegrodę gazo-przepuszczalną i podstrumieniowy regulator turbulencji (PRT). Do opisu ruchu fazy gazowej i wtrąceń niemetalicznych użyto modelu fazy dyskretnej. Otrzymane wyniki jednoznacznie wskazują, która z proponowanych konfiguracji zabudowy kadzi pośredniej będzie korzystniejsza dla intensyfikacji procesu rafinacji ciekłej stali z WN

Analiza termodynamiczna tworzących się wtrąceń niemetalicznych w ciekłej stali przepływającej przez kadź pośrednią procesu COS

Experiments were conducted at industrial plant to determine the free and total oxygen contents in molten steel in the tundish during continuous casting blooms of sizes 280×280 mm. On the basis of industrial experiment results a thermodynamic evaluation of non metallic inclusion formation in liquid steel was performed. Software FactSageŽ with thermodynamic base packages were tested and applied to calculate equilibrium formation of oxides and sulphides. The results showed the effect of oxygen contents and temperature on the formation inclusion in liquid steel. Calculation results was presented in the form of suitable characteristics which were illustrated graphically.Dla kadzi pośredniej stosowanej do odlewania wlewków kwadratowych o rozmiarach 280×280 mm przeprowadzono badania przemysłowe polegające na pobieraniu próbek metalu celem określenia zawartości tlenu w postaci rozpuszczonej i całkowitej. Na podstawie tych danych przeprowadzono analizę termodynamiczną zdolności do wydzielania się wtrąceń niemetalicznych z ciekłej stali podczas jej przebywania w kadzi pośredniej. W tym celu zastosowano program FactSageŽ wraz z odpowiednimi bazami danych termodynamicznych. W wynikach badań przedstawiono wpływ zawartości tlenu oraz temperatury na możliwość tworzenia wtrąceń niemetalicznych. Otrzymane wyniki badań przedstawiono w postaci odpowiednich charakterystyk, które zostały także zilustrowane graficznie

Influence of Hydrodynamic Structure on Mixing Time of Alloy Additions with Liquid Steel in One Strand Tundish

The knowledge of the hydrodynamic pattern aids in designing new and modernizing existing tundishes. The device under examination is an one-strand tundish of a capacity of 30 Mg. Computer simulation of the liquid steel flow, tracer and alloy addition behaviour in turbulent motion conditions was done using the Ansys-Fluent® computer program. The hydrodynamic conditions of steel flow were determined based on the distribution of the characteristics of tundish liquid steel residence time distribution (RTD). The alloy addition was introduced to the liquid steel by the pulse-step method. Based on computer simulations carried out, steel flow fields and RTD and mixing curves were obtained, and the shares of stagnant volume flow and active flow and the mixing time were computed. Dispersion of the alloy addition in liquid steel during its flow through the tundish is a dynamic process which is determined by the hydrodynamic conditions occurring in the tundish working space

Numeryczna prognoza warunków hydrodynamicznych w jednożyłowej kadzi pośredniej. Wpływ warunków cieplnych i prędkości odlewania

This paper reports the results of computer simulations of the flow of liquid steel in a single-nozzle tundish, which describe the flow hydrodynamics, depending on the thermal conditions and casting speed. In this paper, five casting speeds, namely 0.3, 0.6, 0.9, 1.2 and 1.5 m/min., have been examined. In view of the fact that tundishes are being equipped with various flow control devices and the process of creating specific hydrodynamic conditions is influenced also by the temperature gradient, computer simulations of liquid steel flow under isothermal and non-isothermal conditions were performed. Computer simulations of liquid steel flow were performed using the commercial program Ansys-Fluent ®. In order to explain the phenomena occurring in the tundish working space, the buoyancy number (Bu) has been calculated. The next research step in the analysis of the flow pattern forming in different casting conditions was to record the E and F-type RTD characteristics and to describe the pattern of flow.Praca przedstawia wyniki symulacji komputerowej opisujacej wpływ warunków cieplnych i predkosci odlewania na przepływ ciekłej stali w jedno-wylewowej kadzi posredniej. W pracy testowano piec predkosci odlewania: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 i 1,5 m/min. Ze wzgledu na gradient temperatury powstajacy w objetosci ciekłej stali i stosowanie w kadziach posrednich urzadzen sterujacych przepływem, symulacje komputerowa przepływu ciekłej stali wykonano dla warunków izotermicznych i nieizotermicznych. Symulacje komputerowa przepływu ciekłej stali wykonano za pomoca programu Ansys-Fluent ®. Dla wyjasnienia zjawisk wystepujacych w przestrzeni roboczej kadzi posredniej obliczono liczbe wyporu (Bu). Do analizy struktury hydrodynamicznej przepływu ciekłej stali w róznych warunkach odlewania zarejestrowano krzywe czasu przebywania typu E i F

Numerical and Physical Modeling of Liquid Steel Behaviour in One Strand Tundish with Gas Permeable Barrier

The object of investigation was the one-strand tundish with flow control device such as gas permeable barrier (GPB). The aim of this flow control device was to activate the motion of liquid steel in the tundish longitudinal axis region. Computer simulation of the liquid steel flow and argon behaviour in isothermal turbulent motion conditions was done using the Ansys-Fluent computer program. For the validation of the hydrodynamic patterns obtained from computer simulations, a isothermal tundish glass model was used. Tundish glass model enables the recording of the visualization of fluid medium motion through the particle image velocimetry (PIV) method. Based on computer simulations, the liquid steel flow path lines in the tundish with GPB was obtained. For explain the hydrodynamic phenomena occurring in the tundish working space, the Buoyancy number has been calculated

Numerical Prediction of Hydrodynamic Conditions in one Strand Tundish. Influence of Thermal Conditions and Casting Speed/ Numeryczna Prognoza Warunków Hydrodynamicznych W Jednozyłowej Kadzi Posredniej. Wpływ Warunków Cieplnych I Predkosci Odlewania

This paper reports the results of computer simulations of the flow of liquid steel in a single-nozzle tundish, which describe the flow hydrodynamics, depending on the thermal conditions and casting speed. In this paper, five casting speeds, namely 0.3, 0.6, 0.9, 1.2 and 1.5 m/min., have been examined. In view of the fact that tundishes are being equipped with various flow control devices and the process of creating specific hydrodynamic conditions is influenced also by the temperature gradient, computer simulations of liquid steel flow under isothermal and non-isothermal conditions were performed. Computer simulations of liquid steel flow were performed using the commercial program Ansys-Fluent ®. In order to explain the phenomena occurring in the tundish working space, the buoyancy number (Bu) has been calculated. The next research step in the analysis of the flow pattern forming in different casting conditions was to record the E and F-type RTD characteristics and to describe the pattern of flow.Praca przedstawia wyniki symulacji komputerowej opisujacej wpływ warunków cieplnych i predkosci odlewania na przepływ ciekłej stali w jedno-wylewowej kadzi posredniej. W pracy testowano piec predkosci odlewania: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 i 1,5 m/min. Ze wzgledu na gradient temperatury powstajacy w objetosci ciekłej stali i stosowanie w kadziach posrednich urzadzen sterujacych przepływem, symulacje komputerowa przepływu ciekłej stali wykonano dla warunków izotermicznych i nieizotermicznych. Symulacje komputerowa przepływu ciekłej stali wykonano za pomoca programu Ansys-Fluent ®. Dla wyjasnienia zjawisk wystepujacych w przestrzeni roboczej kadzi posredniej obliczono liczbe wyporu (Bu). Do analizy struktury hydrodynamicznej przepływu ciekłej stali w róznych warunkach odlewania zarejestrowano krzywe czasu przebywania typu E i F