شبیه‌سازی عددی جریان مذاب و رفتار پودر روانکار در قالب ریخته‌گری پیوسته فولاد آلیاژی به‌منظور بهبود خواص شمش تولیدی

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان

2 استادیار، گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان

3 مربی، گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان

10.22034/frj.2019.155742.1060

چکیده

به دلیل استفاده روزافزون از محصولات فولادی، بررسی‌هایی فراوانی برای بالا بردن مشخصه‌های کیفی شمش تولیدی به روش ‏ریخته‌گری پیوسته، انجام‌شده است. در این میان یکی از عیوبی که به وجود می‌آید، حبس پودر روانکار قالب درون شمش تولیدی است. برای کاهش هزینه‌های تولید و افزایش کیفیت محصول، امروزه استفاده از مدل‌‌سازی ریاضی به‌عنوان ابزاری قدرتمند در دست ‏متخصصان برای تحقیق بر روی بهبود فرایند تولید فولاد با کیفیت، قرار گرفته است. در این پژوهش مدل‌سازی و شبیه‌سازی رفتار ‏پودر درون قالب و بررسی نوع حبس پودر درون شمش با استفاده از مدل‌های وابسته به دینامیک سیالات محاسباتی صورت پذیرفته ‏است. ابتدا به بررسی دلایل حبس و نوع رفتار پودر درون مذاب پرداخته شده و سپس راهکارهایی برای جلوگیری از به وجود آمدن ‏این عیب ارائه شده است. لذا شرایط مرزی و اولیه در مدل مذکور بررسی و تأثیر هر کدام بر روی عیوب احتمالی مورد ارزیابی قرار ‏گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که با کم‌کردن سرعت ریخته‌گری از 9/0 به 76/0 متر بردقیقه، افزایش عمق ‏غوطه‌وری نازل از 130 به 140 میلیمتر، کاهش قطر نازل از 42 به 36 میلیمتر، کاهش اندازه ذرات پودر از 500 به 63 میکرومتر و ‏تمیز بودن مذاب ورودی از آخال‌های درشت، می‌توان از حبس پودر روانکار درون شمش تولیدی جلوگیری نمود.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Fluid Flow and Lubricant Powder Behavior in ‎Steel ‎Continuous Casting Mold for Improving of Produced Ingot Properties ‎

نویسندگان [English]

  • Mahdi Ezlegeni 1
  • Amirhossein Meysami 2
  • Aliasghar Foroughifar 3
1 MSc Student, Department of Metallurgical & Materials Engineering, Golpayegan University of Technology, Golpayegan, Iran‎
2 Assistant Professor, Department of Metallurgical & Materials Engineering, Golpayegan University of Technology, Golpayegan, Iran‎
3 Instructor, Department of Metallurgical & Materials Engineering, Golpayegan University of Technology, Golpayegan, Iran‎
چکیده [English]

Many studies have been performed to improve the quality and cleanliness of steel ‎ingots produced by continuous casting process. One of the important defects is entrapping of mold lubricant ‎powder in the ingot. In the paper, the mathematical modeling methods and ‎computational fluid dynamic (CFD) were used to investigate the powder fluid behavior during ‎continuous casting of steel. For this purpose, the factors of powder entrapping and the behavior of the ‎powder in the melt were investigated and some solutions were proposed to prevent these ‎defects. Therefore, the boundary and initial conditions were studied in developed model and the ‎effect of each one were investigated. The results showed ‎that it can be possible to prevent the ‎powder entrapping in the steel ingot by decreasing the casting speed from 0.9 to 0.76 m/min, increasing the nozzle dip depth from ‎‎130 to 140 mm, decreasing the nuzzle diameter from 42 to 36mm, decreasing the powder ‎particles size from 500 to 63 micrometers and by pouring of clean steel melt without the large inclusions.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • powder entrapping
  • numerical simulation
  • cleanliness of steel
  • Computational Fluid Dynamic
  • Continuous Casting

[1]   Chung J.Y., Improvements & innovations in the continuous casting process at POSCO, Materials Science Forum, 2007, 561.

[2]   Kasai N., Iguchi M., Water-model experiment on melting powder trapping by vortex in the continuous casting mold, ISIJ International, 2007, 47(7) 982-987.

[3]   Li C., Liu B., Zhu S., Numerical Simulation on the Flow State of Dross Layer in Tundish, AASRI Procedia, 2012, 3, 313-318.

[4]   Morita A., Molding powder for continuous casting of steel and a method for continuous casting of steel, United States Patent, 2002.

[5]   Qu T.P., Liu C.J., Jiang M.F., Numerical Simulation for effect of inlet cooling rate on fluid flow and temperature distribution in tundish, Journal of Iron and Steel Research, International, 2012, 19(7) 12-19.

[6]   Raghavendra K., Sarkar S., Ajmani S.K., Denys M.B., Singh M.K., Mathematical modelling of single and multi-strand tundish for inclusion analysis, Applied Mathematical Modelling, 2013, 37(9) 6284-6300.

[7]   Watanabe K., Tsutsumi K., Suzuki M., Nakada M., Shiomi T., Effect of properties of mold powder entrapped into molten steel in a continuous casting process, ISIJ International, 2009, 49(8) 1161-1166.

[8]   Zhong L.C., R.C. Hao, Li J.Z., Zhu Y.X., Molten steel flow in a slab continuous-casting tundish, Journal of Iron and Steel Research, International, 2014, 21, 10-16.

[9]    صفار م.، خرم‌نیا م.، شریف م.، حاج هاشمی ی.، تغییر طرح تاندیش ماشین ریخته‌گری اسلب به منظور کاهش میزان ناخالصی‌ها و میزان سطح تمیزی فولاد، دهمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، 1385.

[10]  میثمی ا.، محمودی ش.، امینی-نجف‌آبادی ر.، شبیه‌سازی ترمومکانیکال فرآیند سرد شدن شمش به منظور پیش‌بینی تشکیل ترک‌های سطحی، سمپوزیوم فولاد، یزد، 1393.

[11]          Kromhout J. A., Melzar S., Zinngrebe E.W., Mould powder requirements for high speed casting, Steel Research Int., 2008, 79, 143-148.

[12]          حجازی ج.، شمش‌ریزی، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1384.

[13]          Joo S., Han J.W., Guthrie R.I.L., Inclusion behavior and heat-transfer phenomena in steelmaking tundish operations, Metallurgical and Materials Transactions B, 1993, 24, 767-777.

[14]          Mosalman Yazdi M.R., Faghih Khorasani A.R., Talebi S., Physical modeling of melt flow in steel continuous casting tundish, (in eng), Modares Mechanical Engineering, 2017, 17(6) 385-392.

[15]          Alizadeh M., Edris H., Optimization of molten flow pattern in steel making tundish for cleanliness steel productin and minimum mix production, Journal of Advanced Materials and Technologies, 2013, 3, 11-23.

[16]          Lu Q., Yang R., Wang X., Zhang J., Wang W., Water modeling of mold powder entrapment in slab continuous casting mold, University of Science and Technology Beijing, 2007, 14(5) 399-404.

[17]          J.Y. Manabu IGUCHI, Model Study on the entrapment of mold powder into molten steel, ISIJ International, 2000, 40, 682-691.

[18]  انصاری م.، اسماعیلی‌پور م.، ترکیب مدل‌های حجم سیال و دوسیالی در مطالعه عددی جریان دو فازی روی سرریز پلکانی هوادهی شده، مهندسی مکانیک مدرس، 1397، 18، 241-252.

[19]          Wilcox D.C., Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries, 1998.

[20]  حاجی‌پور آ.، مرآتیان م.، خدائی م.، شبیه‌سازی عددی جریان مذاب در ریخته‌گری پیوسته فولاد و ردیابی آخال در آن، فصلنامه علمی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، 1394، 9(4) 43-51.