Numerical model of thermal and flow phenomena the process growing of the CC slab

• Autorzy: Sowa L. , Bokota A.

Warianty tytułu

PL

Model numeryczny zjawisk cieplno-przepływowych procesu narastania wlewka COS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mathematical and numerical simulation model of the growth of the solid metal phase within a continuous cast slab is presented in this paper. The problem was treated as a complex one. The velocity fields are obtained by solving the momentum equations and the continuity equation, whereas the thermal fields are calculated by solving the conduction equation with the convection term. One takes into consideration in the mathematical model the changes of thermophysical parameters depending on the temperature and the solid phase volume fractions in the mushy zone. This formulation of the problem is called a complex model in contrast to the simplified model in which the conduction equation is solved only. The problem was solved by the finite element method. A numerical simulation of the cast slab solidification process was made for different cases of continuous casting mould pouring by molten metal. The influences of cases of the continuous casting mould pouring on the velocity fields in liquid phase and the solid phase growth kinetics of the cast slab were estimated, because these magnitudes have essential an influence on high-quality of a continuous steel cast slab.

PL

W pracy przedstawiono model matematyczny i numeryczny narastania fazy stałej we wlewku ciągłego odlewania. Zadanie potraktowano kompleksowo. Pola prędkości otrzymano z rozwiązania równań Naviera-Stokesa i równania ciągłości przepływu, natomiast pola temperatury z rozwiązania równania przewodnictwa z członem konwekcyjnym. Uwzględniono zmianę parametrów termofizycznych od temperatury i od udziału fazy stałej w dwufazowej strefie przejściowej. Takie sformułowanie zadania nazwano modelem złożonym w przeciwieństwie do modelu uproszczonego, w którym rozwiązuje się tylko równanie przewodnictwa. Problem rozwiązano metodą elementów skończonych. Analizie poddano krystalizator o przekroju poprzecznym prostokątnym. Symulacje numeryczne procesu krzepnięcia wlewka wykonano dla różnych wariantów doprowadzenia ciekłego metalu do krystalizatora. Badano w ten sposób wpływ zalewania krystalizatora na pole prędkości w fazie ciekłej i kinetykę narastania fazy stałej wlewka, które mają istotny wpływ na jakość wlewka ciągłego odlewania stali.

Słowa kluczowe

EN

solidification; molten metal flow; continuous casting; numerical simulation

PL

krzepnięcie; przepływ stopionego metalu; odlewanie ciągłe stali; symulacja numeryczna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 2
• Strony: 359--366
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Sowa L.

autor

Bokota A.

• Institute of Mechanics and Machine Design, Czestochowa University of Technology, 42-201 Czestochowa, 73 Dabrowskiego Str., Poland

Bibliografia

• [1] A. Fic, A.J. Nowak, R. Bialecki, Heat transfer analysis of the continuous casting process by the front tracking BEM, Engineering Analysis with Boundary Elements 24, 215-223 (2000).
• [2] S. Louhenkilpi, M. Makinen, S. Vapalahti, T. Raisanen, J. Laine, 3D steady state and transient simulation tools for heat transfer and solidification in continuous casting, Materials Science and Engineering A413-414, 135-138 (2005).
• [3] S. Louhenkilpi, E. Laitinen, R. Nieminen, Real-time simulation of heat transfer in continuous casting, Metallurgical Transactions 24B, 8, 685-693 (1993).
• [4] L. Sowa, Numerical analysis of solid phase growing in a continuous steel caster, ZAMM 76, 491-492 (1996).
• [5] S. K. Choudhary, D. Mazumdar, Mathematical modelling of transport phenomena in continuous casting of steel, ISIJ International 34, 7, 584-592 (1994).
• [6] B.G. Thomas, L. Zhang, Mathematical modeling of fluid flow in continuous casting, ISIJ International 41, 10, 1181-1193 (2001).
• [7] A. Bokota, L. Sowa, Numerical modelling of solidification of the cast slab at the beginning of continuous casting process, Acta Metallurgica Slovaca 8, 2, 245-249 (2002) (in Polish).
• [8] W. Kapturkiewicz, A.A Burbelko, Modeling of semicontinuous and continuous casting of steel with using of own and professional programs, Archives of Foundry 1, 2, 185-192 (2001) (in Polish).
• [9] B. Zhao, B.G. Thomas, S.P. Vanka, R.J. Omalley, Transient fluid flow and superheat transport in continuous casting of steel slabs, Metallurgical and Materials Transactions 36B, 801-823 (2005).
• [10] B. Mochnacki, J.S. Suchy, Numerical methods in computations of foundry processes, Polish Foundrymen's Technical Association, Krakow 1995.
• [11] R. Parkitny, L. Sowa, Numerical simulation of solidification of casting taking into account fluid flow and heat transfer phenomena. The axisymmetrical problem, Journal of Theoretical and Applied Mechanics 4, 39, 909-921 (2001).
• [12] T. Telejko, Z. Malinowski, M. Rywotycki, Analysis of heat transfer and fluid flow in continuous steel casting, Archives of Metallurgy and Materials 54, 3, 837-844 (2009).