Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mathematical modelling of the tundish inertization practice

Martins Braga B., Parreiras Tavares R.

Computer Methods in Materials Science

|

2014

|

Vol. 14, No. 2

138--149

EN

The inertization practice for a 17.7 tons of steel continuous casting tundish has been studied by means of a three-dimensional non-isothermal mathematical model. The model considers a single gaseous phase composed of argon and air. Turbulence was accounted for with the standard k-ε model. The calculations were carried out using the commercial CFD software ANSYS CFX. Different configurations of the inertization system were simulated and a novel approach was utilized to discuss model findings. The results indicated that the present configuration is ineffective and new ones were suggested.

PL

W pracy omówiono modelowanie procesu wytwarzania atmosfery obojętnej w przestrzeni roboczej kadzi pośredniej ciągłego odlewania stali. Zastosowano przestrzenny model dla warunków zmiennej temperatury. Model uwzględnia fazę gazową składającą się z argonu i powietrza. Turbulencje w przepływie gazu modelowano za pomocą standardowej metody k-ε. Symulacje CFD przepływu (ang. Computational Fluid Dynamics) wykonano w komercyjnym oprogramowaniu ANSYS CFX. Rozważono różne konfiguracje procesu tworzenia atmosfery obojętnej. Analiza wyników symulacji wykazała, że obecnie stosowana konfiguracja procesu jest nieefektywna. Na podstawie przeprowadzonej analizy uzyskanych wyników zaproponowano nowe podejście do tego procesu

2

Predictions of melt circulation rate in a RH degasser by mathematical modelling of two phase flow

Neves L., Carneiro C. A. R., Reis R. F., Parreiras Tavares R.

Computer Methods in Materials Science

|

2010

|

Vol. 10, No. 4

207-213

EN

Modeling of turbulent two phase flow is not a simple task, particularly under the conditions prevailing in metallurgical reactors. Different forces have to be considered and different models have been proposed to evaluate these forces. None of these models has been fully validated and they usually require the definition of coefficients whose values change according to the system being studied. In the case of the RH degasser, the variations of pressure and temperature inside the computational domain and the presence of a free surface add more difficulties to the development of an accurate mathematical model. In the present work, a mathematical model for two phase flow in a RH degasser has been developed using the commercial software Ansys-CFX. In this first approach, the mathematical model was developed to simulate two phase flow in a physical model of the RH degasser, using water to simulate steel. In this physical model, the variations of pressure are much less significant and an isothermal domain can be considered. Different models for turbulence and also for the interphase drag and non-drag forces have been considered. An Eulerian-Eulerian approach has been adopted. The predictions of the model in terms of melt circulation rate were compared to experimental results obtained in a physical model of a RH degasser. In this model, water was used to simulate liquid steel and air was used to simulate argon. The melt circulation rate in the physical model was determined by the injection of a solution of potassium chloride at the upleg snorkel and measuring the variation of its concentration with time at the downleg snorkel. Images taken from the physical model at the upleg snorkel and of the vacuum chamber were also used to validate the predictions of the model. The predictions of melt circulation rates with the different versions of the mathematical model were close to the experimental results, but none of the models could exactly reproduce the variation of the melt circulation rate with the gas flow rate. These results indicate that some adjustments are still required to improve the quality of the predictions of the mathematical model.

PL

Modelowanie turbulentnego przepływu dwufazowego jest zadaniem trudnym, szczególnie w warunkach występujących w reaktorach metalurgicznych. W procesie tym należy uwzględnić działanie różnych sił, stąd w literaturze zostały zaproponowane różne modele do oceny tych sił. Żaden z tych modeli nie został w pełni zweryfikowany i modele te wymagają zazwyczaj zdefiniowania współczynników, których wartości zmieniają się w zależności od analizowanego systemu. W przypadku urządzenia do próżniowej rafinacji stali typu RH, zmiany ciśnienia i temperatury w obszarze rozwiązania oraz obecność swobodnych powierzchni są dodatkowym utrudnieniem dla zbudowania dokładnego modelu matematycznego. W niniejszej pracy przed-stawiono matematyczny model dla dwufazowego przepływu w procesie odgazowania RH, stosując komercyjne oprogramowanie Ansys-CFX. W pierwszym przybliżeniu model został opracowany dla symulacji dwufazowego przepływu w fizycznym modelu urządzenia do próżniowej rafinacji stali typu RH, w którym stal zastąpiono wodą. W modelu fizycznym zmiany ciśnienia mają znacznie mniejsze znaczenie oraz dopuszczalne jest założenie warunków izotermicznych . Rozważono natomiast różne modele turbulencji i przyjęto brak sił międzyfazowych na granicy faz. W rozwiązaniu zastosowano sformułowanie Eulera. Przewidywania modelu w zakresie cyrkulacji cieczy zostały porównane z wynikami uzyskanymi z modelu fizycznego, w którym powietrze zastępowało argon. Prędkość cyrkulacji w modelu fizycznym została wyznaczona przez wstrzyknięcie roztworu chlorku potasu przez króciec wlotowy i pomiar zmian stężenia tego związku przy króciec wylotowy. Obraz przepływu uzyskany z fizycznego modelu oraz w komorze próżniowej zostały wykorzystane do weryfikacji modelu matematycznego. Przewidywane prędkości cyrkulacji dla różnych wersji modelu matematycznego były zgodne z danymi doświadczalnymi, ale żaden z modeli nie potrafił odtworzyć dokładnie zmian prędkości cyrkulacji powodowanych przez zmiany prędkości przepływ gazu. Uzyskane wyniki wykazują, że dalsze korekty są potrzebne aby poprawić jakość przewidywań modelu matematycznego.

3

Comparison of mathematical models for the turbulent fluid

da Silva Pereira R. O., Parreiras Tavares R.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 3

352-365

EN

In the present work a mathematical model for the continuous casting process and its principal phenomena was developed. The model takes into account: heat transfer, fluid flow and mass transfer. The model allows the calculation of temperature, velocity, carbon concentration and turbulence variables profiles; and the variation of the solidified shell thickness along the caster. The new features of the present model are the inclusion of the effects of nozzle port configuration on the fluid flow and the possibility to perform calculations for the entire casting length. The effect of fluid flow and segregation was evaluated and it was shown that the mathematical model should take the fluid flow into account and that segregation has a minor effect in the temperature and fluid flow profiles. The introduction of the effect of segregation in the model indicates that the carbon content is lower near the surface and higher in the center of the strand. The model also showed that the strand becomes completely solid at approximately 13m below the meniscus in the case studied. The fluid flow affects the process in the first 4 to 5 m of the strand, being important only in the first 2 m. Different nozzle port angles were simulated and it was shown that a port with a downward angle leads to lower turbulence at the meniscus level in the mould.

PL

W ramach pracy zbudowany został model matematyczny procesu ciągłego odlewania stali oraz głównych zjawisk zachodzących w tym procesie. Model uwzględnia transport ciepła, przepływ cieczy i transport masy. Pozwala on na obliczanie pól temperatury i prędkości oraz profili rozkładu stężenia węgla i turbulencji, a także zmian grubości warstwy zakrzepniętej wzdłuż krystalizatora. Nową cechą zaprezentowanego modelu jest uwzględnienie wpływu konfiguracji dysz na przepływ cieczy oraz możliwość wykonywania obliczeń dla całej długości krystalizatora. W pracy oszacowano wpływ przepływu cieczy na segregację składu chemicznego i wykazano, że przepływ cieczy powinien być uwzględniany przez model matematyczny COS, a wpływ segregacji na pola temperatury i na przepływ cieczy jest pomijalny. Wprowadzenie segregacji do modelu pokazuje, że stężenie węgla jest mniejsze w pobliżu powierzchni i większe w środku pasma. Model pokazuje również, że w badanym przypadku pasmo krzepnie w całej objętości w odległości około 13 m poniżej powierzchni cieczy. Przepływ cieczy ma wpływ na proces na początkowej długości 4 to 5 m, przy czym ten wpływ jest bardzo istotny tylko na początkowej długości około 2 m. W symulacjach uwzględniono różne możliwe kąty nachylenia dysz i wykazano, że układ ze zmniejszonym nachyleniem prowadzi do mniejszych turbulencji na poziomie menisku w kadzi.