Effect Of Steel Flow Control Devices On Flow And Temperature Field In The Tundish Of Continuous Casting Machine

Abstract

The mathematical model and numerical simulations of the liquid steel flow in a tundish are presented in this paper. The problem was treated as a complex and solved by the finite element method. One takes into consideration in the mathematical model the changes of thermophysical parameters depending on the temperature. The single-strand tundish is used to casting slabs. The internal work space of the tundish was modified by flow control devices. The first device was a pour pad situated in the pouring tundish zone. The second device was a dam. The third device was a baffle with three holes. The dam and baffle were placed in the tundish at different positions depending on the variant. The main purpose of using these was to put barriers in the steel flow path as well as give directional metal flow upwards which facilitated inclusion floatation. The interaction of flow control devices on hydrodynamic conditions was received from numerical simulations. As a result of the computations carried out, the liquid steel flow and steel temperature fields were obtained. The influences of the tundish modifications on the velocity fields in liquid phase of the steel were estimated, because these have essential an influence on high-quality of a continuous steel cast slab.Keywords: Numerical simulation, molten metal flow, continuous casting, tundish W pracy przedstawiono model matematyczny i wyniki symulacji numerycznych przepływu ciekłej stali w kadzi pośredniej urządzenia ciągłego odlewania. Zadanie potraktowano kompleksowo rozwiązując go metodą elementów skończonych. Uwzględniono zmianę parametrów termofizycznych od temperatury. Do rozważań wybrano jednowylewową kadź pośrednią przeznaczoną do odlewania wlewków płaskich. Przestrzeń robocza kadzi pośredniej była modyfikowana i zabudowywana urzą-dzeniami sterującymi przepływem ciekłej stali. Pierwszym urządzeniem była kształtka podwylewowa umieszczona w strefie zasilania kadzi pośredniej. Drugim urządzeniem była tama a trzecim przegroda z trzema oknami przelewowymi. Tama i przegroda były umiejscawiane zamiennie w różnych położeniach zależnie od wariantu. Głównym celem zastosowania tych modyfikacji było wymuszenie spokojnego mieszania cieczy metalicznej oraz ukierunkowanie płynięcia metalu w górę, które wspomaga flotacyjne unoszenie wtrąceń do warstwy żużla. Wpływ zastosowanych w kadzi pośredniej urządzeń sterujących na warunki hydrodynamiczne przepływu ciekłej stali oceniano na podstawie symulacji komputerowych. W wyniku obliczeń numerycznych otrzymano pola prędkości i temperatury ciekłej stali. Analizowano wpływ modyfikacji wnętrza kadzi na rozkłady prędkości w fazie ciekłej stali, które mają istotny wpływ na jakość wlewka ciągłego odlewania.

Numerical analysis of laser welding with consideration analytical methods of determining phase transformations and mechanical properties of welded joint

“…Variables with temperature thermo-physical properties and properties such as: laser beam power Q = 3.2 kW, welding speed v = 1.0 m/min, the beam radius r 0 = 1 mm, depth penetration s = 7 mm were used in numerical calculations. The analysis of thermal phenomena is made on the basis of the numerical solution of energy conservation equation together with Fourier law [12][13][14][15] using finite element method (FEM). The temperature field expressed in the criterion of weighted residuals method is described by the following equation:…”

Numerical modeling of heat flow between three-dimensional regions in contact problems

“…Using relations (7) in equations (6) and then inserting the stress components into equilibrium equations (2), the following equations are obtained:…”

“…For example the mathematical description of the considered phenomenon is required in the numerical analysis of the solidification in the mold [4,5]. Currently many advanced numerical methods such as the FEM are used to model complex mechanical phenomena [6][7][8][9]. Numerical investigations based on the FEM in the case of air gap formation process during solidification of pure metal was discussed in [10].…”

Computer analysis of thermal phenomena and deformation in lap joint welded by a laser beam

“…and boundary conditions of Dirichlet and Neumann type. Newton type condition with the heat loss due to convection, radiation and evaporation [16].…”

“…The heat flow at the interface between the two bonded elements is described by the Fourier law taking account of the contact resistance r s . Applying the fourth type of boundary condition causes continuity of temperature distribution and heat flux [16]. The scheme of the considered system is shown in Figure 2.…”