On the application of physical and mathematical modeling to predict tundish performance

• Main Author: Ray, Shamik
• Other Authors: Mihaiela Isac (Internal/Cosupervisor2)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Engineering - Metallurgy
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=66779

ABSTRACT In the continuous casting process, the tundish not only serves as an intermediate buffer, but it also acts as a useful reactor for liquid steel refining. Modern tundishes are now designed to carry out different metallurgical operations, such as inclusion separation and flotation, alloy trimming, calcium doped inclusion modification, and thermal homogenization. To carry out such operations effectively, fluid flow inside a tundish plays an important role. It is now a proven fact that the insertion of different types of flow modifying devices can alter flow patterns within the tundish and thus affect the performance of the tundish significantly. Due to adverse operating conditions, direct experimental investigations are difficult to carry out. For that reason, physical and mathematical modeling is predominantly used to study tundish performance. Parameters like 'Residence Time Distribution' (RTD), tracer dispersion, velocity distribution, inclusion separation, etc. were mostly used to study and predict the performance of a tundish. Slag entrainment, though, is a vital problem during ladle changing that has been given less attention. In this research, it is intended to form a physical and mathematical modeling framework, to study and predict the performance of a 12 t, delta shaped, four strand, billet casting tundish. A full scale water model was studied both physically and mathematically. The phenomenon of slag entrainment occurring during a ladle changing operation was used as the key parameter to assess tundish performance. The amount of slag entering the 'Submerged Entry Nozzle' during a ladle change was measured to quantify the performance of different flow modifying arrangements. It is believed that the results of tests carried out under transient conditions can give a fairly good idea about tundish performance at steady state. To strengthen this belief, mathematical modeling of inclusion s === RÉSUMÉDans les procédés de coulées continu, les paniers répartiteurs ne servent pas seulement comme interface tampons, mais aussi comme un réacteur efficace pour raffiner l'acier. Les paniers répartiteurs modernes sont maintenant conçus pour effectuer différentes opérations métallurgiques comme la séparation des inclusions et leur flottation, l'ajustement fin de la nuance, le contrôle de la température de surfusion, la modification des inclusions par ajout de calcium et l'uniformisation de la température.Pour y arriver efficacement, l'écoulement du fluide dans le panier joue un rôle majeur. Il est maintenant prouvé que l'ajout de différents systèmes pour modifier les écoulements peut altérer les patrons d'écoulement dans le panier et en changer significativement la performance. Due aux conditions d'opérations difficiles, des investigations par expérimentation directe sont très difficiles. Pour cette raison la modélisation physique et mathématique est largement utilisée pour étudier la performance des paniers répartiteurs. Des paramètres comme la «Distribution des temps de résidence (RTD)», la dispersion d'éléments traceurs, le champ de vélocité, la séparation des inclusions, etc. sont largement utilisés pour étudier et prédire les performances d'un panier. L'entrainement du laitier, quoiqu'un problème vital lors du changement de creuset, a pourtant reçu moins d'attention. Dans cette recherche, le but est de développer une méthodologie de modélisation physique et mathématique pour étudier et prédire la performance d'un panier répartiteur de douze tonnes de forme triangulaire à quatre jets de coulée. Un modèle aquatique de grandeur nature fut étudié physiquement et mathématiquement. Le phénomène d'entrainement de laitier durant les opérations de changement de creuset fut utilise comme paramètre clé pour quantifier la performance du panier. La$