Model investigations on slag entrainment in continuous casting

• Autorzy: Scheller P. R. , Hagemann R.

Warianty tytułu

PL

Modelowe badania zaciągania zasypki krystalizatorowej w procesie ciągłego odlewania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Today continuous casting is the state of the art in industrial casting processes. The casting powder used fulfill various tasks such as preventing air contact, absorbing non-metallic inclusions from liquid steel, providing lubrication between strand shell and mould wall and controlling heat transfer. The mould powder in contact with liquid steel surface forms a liquid slag layer. The jet of liquid steel from submerged entry nozzle is reflected at the mould wall forming a lower and upper flow pattern. The upper flow moves along the steel-slag interface and generates shear stress at the interface and waves. Viscosity- and density-differences between the two liquid phases leads under certain flow conditions to finger like protrusions. Reaching a critical flow velocity the protrusions can breakup and form slag droplets following the flow into the liquid steel-pool. These droplets can form finally non-metallic inclusions in steel material, cause defects in the final product and therefore should be avoided. Till now the physical mechanisms of slag entrainment are not completely understood. The interaction at the liquid-liquid interface was investigated using cold model study using a single-roller driven flow in oil-water systems with various silicon oil properties. The critical values of the dimension free capillary number Ca for droplet breakup marking the start of their entrainment in the lower fluid are determined over a wide-range of fluid properties defined as the product of viscosity ratio (dispersed liquid/continuous liquid) and density ratio (continuous liquid/dispersed liquid) ?. With the knowledge of thermo-physical properties of steel-slag systems the critical capillary number Ca* for slag entrainment as a function of Λ could be derived. Assuming stable conditions at the interface and no reaction between the phases no slag entrainment should occur under usual casting conditions.

PL

Obecnie ciągłe odlewanie jest najnowocześniejszą metodą w przemysłowych procesach odlewania. Zasypka krystalizatorowa stosowana w procesie spełnia różne zadania takie jak: ochrona przed atmosferą powietrza, absorpcja wtrąceń niemetalicznych z ciekłej stali, zapewnienie smarowania między powierzchnią pasma a krystalizatorem oraz kontrola wymiany ciepła. W kontakcie z powierzchnią ciekłej stali zasypka tworzy warstwę ciekłego żużla. Strumień ciekłej stali z wylewu zanurzeniowego jest odbijany od ściany krystalizatora formując zróżnicowane natężenia przepływu. Wyższy przepływ stali wzdłuż powierzchni żużla generuje naprężenia ścinające na powierzchni rozdziału faz oraz jej falowanie. Różnice lepkości i gęstości pomiędzy dwiema ciekłymi fazami prowadzą pod pewnymi warunkami przepływu do powstania wypukłości. Osiągnięcie krytycznej prędkości przepływu może powodować odrywanie wypukłości i formowanie kropelek żużla przepływających do ciekłej kąpieli metalowej. Kropelki te tworzą wtrącenia niemetaliczne w stali, powodując wady w końcowym produkcie, zatem powinno sie dążyć do ograniczenia ich powstawania. Do tej pory fizyczne mechanizmy zaciągania żużla nie zostały dokładnie poznane. Oddziaływanie na granicy ciecz-ciecz zostało zbadane przy użyciu zimnych modeli z pojedynczą rolką napędzającą w układzie olej-woda, przy użyciu olejów silikonowych o różnych właściwościach. Krytyczna wartość liczby kapilarnej Ca dla rozdrobnienia wskazującego początek zaciągania przy niskim przepływie została wyznaczana dla szerokiego zakresu właściwości na podstawie współczynników lepkości (płyn zdyspergowany/płyn ciągły) i gęstości (płyn ciągły/płyn zdyspergowany) ?. Znając właściwości termofizyczne układu stal-żużel można wyprowadzić krytyczną liczbę kapilarną Ca* dla zaciągania żużla jako funkcję Λ. Zakładając stabilne warunki na powierzchni międzyfazowej oraz brak reakcji między fazami, w zwykłych warunkach ciągłego odlewania nie powinno następować zaciąganie żużla.

Słowa kluczowe

EN

continuous casting; slag entrainment; emulsification; slag droplets

PL

odlewanie ciągłe; zasypka krystalizatorowa; emulsyfikacja; kropelki żużla

• 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: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 1
• Strony: 283--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Scheller P. R.

autor

Hagemann R.

• Institute of Iron and Steel Technology, Freiberg University of Mining and Technology, D-9596 Freiberg, Germany

Bibliografia

• [1] R. Singh, D. Gosh, Ironmaking Steelmaking 17, 333 (1990).
• [2] Q. He, N. Standish, ISIJ International 30, 356 (1990).
• [3] T. Gammal, G. Hinds, U. Schoneberger, Steel Research 62, 152-156 (1991).
• [4] T. Wei, F. Oeters, A model test for emulsification in gas-stirred ladles, Steel Research 62, 60-68 (1992).
• [5] J. Mietz, S. Schneider, F. Oeters, Emulsification and mass transfer in ladle metallurgy, Steel Research 62, 10-15 (1991).
• [6] J. Park, Thermodynamic Investigation on the formation of inclusions containing MgAl2O4 spinel during 16Cr - Ni austenitic stainless steel manufacturing process, Materials Science and Engineering A 472, 43-51 (2008).
• [7] J. Savolainen, T. Fabritius, O. Mattila, Effect of Fluid Physical Properties on the Emulsification, ISIJ International 49, 26-36 (2009).
• [8] J. Janssen, A. Boon, W. Agterof, Influence of Dynamic Interfacial Properties on Droplet Breakup in Simple Shear Flow AIChE Journal 40, 1929-1939 (1994).
• [9] J. Rallison, The Deformation of Small Viscous Drops and Bubbles in Shear Flows, Annu. Rev. Fluid Mech. 16, 45-66 (1984).
• [10] B. Gelfand, Droplet Breakup Phenomena in Flows with Velocity Lag, Pro. Energy Combustion Sci. 22, 202-263 (1996).
• [11] H. Stone, Dynamics of Drop Deformation and Breakup in Viscous Fluids, Annu. Rev. Fluid Mech. 26, 65-102 (1994).
• [12] B. Bolton, S. Middleman, Air Entrainment in a Roll Coating System, Chemical Engineering Science 35, 597-601 (1980).
• [13] P. Grassmann, Physikalische Grundlagen der Verfahrenstechnik (1983), 3. Auflage, Verlag Sauerländer AG, Aarau.
• [14] P. Strove, P. Varanasi, An Experimental Study on Double Emulsion Drop Breakup in Uniform Shear Flow, Journal of Colloid and Interface Science 99, 360-373 (1984).
• [15] L. Wu, H. P. Heller, P. R. Scheller, Accuracy of viscosity measurements using rotation viscometer, Procedings of the 9 th Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts, 2012 Beijing, China.
• [16] E. Ozgur, Q. Yildirim, B. Osman, Analysis of the drop weight method, Physics Of Fluids 17, 1-13 (2005).
• [17] Slag Atlas (1995), 2. Auflage, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf.
• [18] J. Harman, A. Cramb, A Study of the Effect of Fluid Physical Properties upon Droplet Emulsification, Steelmaking Conference Proceedings, 773-783 (1996).
• [19] Y. Chung, A. Chramb, Dynamic and Equilibrium Interfacial Phenomena in Liquid Steel-Slag Systems, Metallurgical and Materials Transactions B 31, 957-971 (2000).