"Разработка метода оптимизации технологических параметров литья стали в вертикальный кристаллизатор криволинейной слябовой МНЛЗ"

Вихревой поток в процессе непрерывной разливки заключает в себе неустойчивые явления и перемещение включений, играет важную роль в качестве металла. Вместе со струей, которая рассекает поверхность металла, могут также переноситься жидкие флюсы, в результате чего могут образовываться опасные включения. Эти включения и пузырьки либо будут благополучно перемещены в верхнюю поверхность и удалены со слоем шлака, или задержаться в конечной продукции, вызывая образование дефектов, которые дорого обойдутся (например, внутренняя пористость, газовые пузыри, плены и т. д.) Поток в кристаллизаторе чрезвычайно турбулентный, числа Рейнольдса превышают 100 000. Хаотичные строения этого неустойчивого потока существенно влияют на нестабильное перемещение включений и пузырьков, доказательством этого служат периодические дефекты. Цель этого проекта – понять физику этого хаотичного потока и поведение частиц, и исходя из этого создать более точные и эффективные модели для этого многофазного потока. Выполнение измерений в МНЛЗ сложно и дорого по причине высокой рабочей температуры. По причине того, что кинематическая вязкость жидкой стали и воды практически одинакова, поток в МНЛЗ изучается с использованием масштабированных водных моделей, с которыми легче работать и которые позволяют визуально отобразить поток. Недавно мы применили измерение скорости образа частиц, вероятно, наиболее точную технику двумерного измерения скорости потока, чтобы изучить поток в водной модели в масштабе 0,4. Хотя и представляет особую ценность, тем не менее, водная модель отличается от реальной разливки на МНЛЗ в нескольких аспектах, которые очень важны для потока жидкости. Во-первых, боковые стенки, которые изображают движущуюся твердеющую корку, не имеют пор и стационарны. К тому же водная модель имеет плоское дно с выходными отверстиями вместо конусообразной ванны жидкого металла. Эти две основные разницы приводят к различным явлениям в потоке, которые будут исследованы. Эта работа представляет результаты двух моделирований потока в кристаллизаторе, включая перемещение включений и расчет захвата. Наша предыдущая работ определила, что точное определение нестационарных скоростей потока на выходах из выпускных отверстий стакана, которые являются условиями на входе для моделирований кристаллизатора, важно для точного расчета потока в кристаллизаторе. На рисунке представлены моментальные снимки эксперимента с введением красителя, выполненного с полномасштабной водной моделью. Снимки выполнены в четыре момента, которые показывают изменение неустойчивого потока в кристаллизаторе. Рисунок выполнен на 0,5 сек после попадания красителя через отверстия стакана, демонстрируя мгновенный угол струи ~42° (слева) и ~35° (справа). Краситель распространяется вместе со струей и преобразуется в нижние и верхние витки, как это можно наблюдать на схемах (с) и (d). Форма струй, нижние и верхние витки могут быть восстановлены с использованием последовательности из четырех снимков. Также можно наблюдать асимметрии распространения вихрей центральной струи, хотя они несколько скрыты внешней частью рамы (каркаса) водной модели. «Заглатывание» и улавливание – два основных способа того, как захватываются включения фронтом кристаллизации дендритов. Заглатывание происходит, когда скорость роста дендритов превышает критическую скорость. При таком условии включения не могут достаточно быстро избежать окружения приближающимся фронтом и задерживаются внутри дендритов. Улавливание происходит, когда включения окружаются растущими осями дендритов и задерживаются между ними. Список литературы можно скачать здесь