مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

تأثیر زاویه خروج فلز مذاب از نازل غوطه‌ور بر جریان سیال درون قالب ریخته‌گری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
ریخته‌گری مداوم یکی از فرایندهای حیاتی و غیرقابل جایگزین در صنعت مدرن فولاد است که امکان تولید مؤثر و انبوه فولاد با کیفیت بالا را فراهم می‌سازد. با این حال، چالش‌های جدی مانند گرفتگی نازل‌های غوطه‌ور (SEN) تأثیر منفی بر این فرایند دارند. گرفتگی نازل، که ناشی از رسوب ذرات غیرفلزی (NMI) یا فولاد منجمدشده است، موجب تغییر در جریان سیال، مکانیزم‌های انتقال حرارت و در نهایت کیفیت محصول نهایی می‌شود. پیشرفت‌های اخیر در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و روش‌های تجربی پیشرفته، درک ما را از پویایی گرفتگی به‌طور چشمگیری افزایش داده است. این مطالعه به بررسی تأثیر تغییرات ناشی از گرفتگی – به‌ویژه تغییر در زاویه پاشش – بر الگوهای جریان، شکل‌گیری گردابه‌ها و انتقال حرارت مؤثر در فرآیند ریخته‌گری مداوم می‌پردازد. شبیه‌سازی‌های عددی مبتنی بر معادلات ناویه-استوکس و مدل آشفتگی k-ε نشان می‌دهند که زاویه پاشش تأثیر قابل‌توجهی بر جریان‌های چرخشی، الگوی توزیع دما و پویایی انجماد دارد. نتایج به‌طور قاطع نشان داد که زاویه پاشش صفر درجه، نسبت به زاویه ۱۵ درجه، باعث نوسانات سطحی شدیدتر و پوسته‌های جامد ضخیم‌تر می‌شود که این امر بهبود کیفیت محصول و افزایش پایداری کلی فرایند را به دنبال دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 [1] Barati H, Wu M, Kharicha A, Ludwig A, Role of solidification in submerged entry nozzle clogging during continuous casting of steel, Steel Res Int. 2020; 91(12): 2000230.
[2] Ma F.X, Zhang Y, Liu S, Wang J, Chen Z, et al. A systematic study of carbon-free oxide-based lining for preventing submerged entry nozzle clogging in continuous casting of rare earth steel, J Iron Steel Res Int. 2024; 1–12.
[3] Vakhrushev A, Sorokin A, Eremin A, Kirsanov V, Lvov I, et al. On modelling parasitic solidification due to heat loss at submerged entry nozzle region of continuous casting mold, Metals. 2021; 11(9): 1375.
[4] Rackers K, Thomas B, Clogging in continuous casting nozzles. In: Steelmaking conference proceedings, Warrendale (PA): Iron and Steel Society of AIME. 1995.
[5] Bai H, Thomas B.G, Turbulent flow of liquid steel and argon bubbles in slide-gate tundish nozzles: Part I, model development and validation, Metall Mater Trans B. 2001; 32: 253–67. 
[6] Barati H, Wu M, Kharicha A, Ludwig A, Transient  simulation of melt flow, clogging, and clog fragmentation inside SEN during steel continuous casting. In: IOP Conf Ser Mater Sci Eng. 2023. Bristol (UK): IOP Publishing.
[7] Li Y, Zhang J, Wang X, Liu Y, Yang Q, et al. Mathematical modeling of transient submerged entry nozzle clogging and its effect on flow field, bubble distribution and interface fluctuation in slab continuous casting mold, Metals. 2024; 14(7): 742.
[8] Pfeiler C, Wu M, Ludwig A, Influence of argon gas bubbles and non-metallic inclusions on the flow behavior in steel conti=nuous casting, Mater Sci Eng A. 2005; 413: 115–20.
[9] Safaei H, Emami M.D, Jazi H.S, Mostaghimi J, Application of compressible volume of fluid model in simulating the impact and solidification of hollow spherical ZrO₂ droplet on a surface, J Therm Spray Technol. 2017; 26: 1959–81.
[10] Voller V.R, Prakash C, A fixed grid numerical modelling methodology for convection-diffusion mushy region phase-change problems, Int J Heat Mass Transf. 1987; 30(8): 1709–19.
[11] Rösler F, Brüggemann D, Shell-and-tube type latent heat thermal energy storage: numerical analysis and comparison with experiments, Heat Mass Transf. 2011; 47(8): 1027–33.
[12] MRRI S, Three dimensional turbulent fluid flow and heat transfer mathematical model for the analysis of a continuous slab caster, ISIJ Int. 2007; 47(3): 433–42.