Источник: http://ccc.illinois.edu/introduction/Dantz_Ch_rev3.doc.final.pdf
C каждым годом Непрерывной разливкой получают большую часть из 750 миллионов тонн стали, 20 млн. тонн алюминия, и много других сплавов. Большинство предыдущих достижений моделирования процессов отливки были основаны на эмпирических знаниях, полученных в процессе экспериментов.
С увеличением мощности компьютеров, математические модели становятся все более мощными инструментами для получения дополнительных количественных данных. Модель применяют для проведения основных расчетов, проектирования машины, выявления и оценки различных типов дефектов, устранения неполадок и оптимизации различных условиях процесса для повышения производительности или сведения к минимуму недостатков. В этой статье рассматриваются последние примеры таких моделей с акцентом на различные явления, которые были смоделированы в непрерывной разливке стали, в сравнении с экспериментами.
Как и большинство технических процессов, непрерывное литье включает в себя большие сложности взаимодействующих явлений на механистическом уровне. Некоторые из важных явлений, включают в себя:
– Турбулентные, переходные движения расплава в сложной геометрии (входной патрубок и часть расплава ковша), находящиеся под влиянием пузырьков аргона, тепловых и концентрационных энергий;
– Термодинамические реакции внутри и между слоями смеси и стали;
– Потоковый перенос тепла в жидкой и твердой фазае, которые находятся на поверхности стали;
– Динамические колебания свободной поверхности расплава и границы фаз, включая эффекты поверхностного натяжения;
– Перемещение перегрева в турбулентной расплавленной стали;
– Перемещение вещества (в том числе взаимное перемешивание во время изменения наклона);
– Перемещение включений сложной формы в расплаве, включая эффекты плавучести, турбулентного взаимодействия, а также возможный захват включений на стенках насадки, застывание стенок и мениска стали;
– Тепловые, жидкостные и механические взаимодействия в области мениска, между застывающим мениском и твердыми включениями шлака, проникновение различных включений и частиц шлака в расплавленный поток жидкой стали;
– Перенос тепла через затвердевающую стальную оболочку, поверхность контакта между оболочкой и кристаллизатором, (где содержатся частицы шлаковых слоев) и медный кристаллизатор;
– Перенос смеси вниз, что приводит к разрыву между оболочкой и кристаллизатором;
– Коробление и износ стенок кристаллизатора и поддерживающих роликов;
– Зарождение твердых кристаллов в расплаве возле стенок кристаллизатора;
– Затвердевание сталькой оболочки, а также рост зерен и микроструктуры, фазовые преобразования, образования осадка, и микросегрегация;
– Усадка застывающей стальной оболочки, в результате теплового сжатия, фазовые превращения и внутренние напряжения;
– Искажение заготовки в застывающей стальной оболочке, в связи с внешними силами, (трения о клисталлизатор, изгибающая между поддерживающими роликами, при выходе заготовки, тяжести) температурными деформациями, податливости и пластичности (которая зависит от температуры, марки стали и скорости охлаждения);
– Трещины, из-за внутренних напряжений;
– Сегрегация в микроскопических и макроскопических масштабах.
Из-за этих сложносей, ни одна модель не может включать в себя все явления сразу. Существенным аспектом успешного развития моделирования является выбор ключевых явлений, представляющих интерес для конкретной цели моделирования и принятия обоснованных предположений. Эти важные явления следует рассматривать механистически, с тем чтобы точно воспроизвести их. Механистические модели, основаны на соблюдении законов сохранения тепла, массы, силы и импульса в соответствующих областях с соответствующими граничными условиями. Каждое явление рассматривается как отдельный элемент в этих управляющих уравнениях. Другие явления могут быть проигнорированы или учтены в эмпирических константах, полученых в результате калибровки эксперимента и модели. Дискретные уравнения метода конечных разностей или метода конечных элементов решается численно с помощью компьютеров, которые становятся все более быстрыми и доступными.
Приведен перевод 1, 2 страниц статьи оригинала.
Сайт института Иллинойс, США. http://ccc.illinois.edu/publications.html#2001