Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Saghafian,Ahmad Saboonchi
محسن ثقفیان (استاد مشاور) احمد صابونچی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Khalilzadeh milani
محمد خلیل زاده میلانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Simulation of Fluid Flow and Heat Transfer in Continuous Slab Casting Mold
In the last three decades, continuous casting has become increasingly important in steel production and nowadays it is the most important step in the manufacture of steel. The fluid flow and heat transfer phenomena in a continuous casting mold are very complex and these phenomena affect considerably on the product quality. Therefore the understandings of the fluid flow and heat transfer phenomena in continuous casting mold have become important. Particularly, value of solidified shell thickness in the mold outlet is very important. Becouse, the solidified shell must be thick enough to withstand the ferrostatic pressure of molten steel. Due to the very high temperature of process, the direct measurement of velocity and temperature distribution is difficult. Thus numerical simulation is an important tool and provides more complete knowleges. In this study, a model is proposed on the basis of the technical and operational conditions of the slab caster in the continuous casting unit of Mobarakeh Steel Company. A three dimensional mathematical model using Fluent finite-volume software was developed for simulation of turbulent flow and heat transfer in continuous slab casting mold by bifurcated nozzle. Gambit software was used to create geometry and mesh generation. To predict the correct flow pattern in the mold, the solution domain including the nozzle, mold and small part of secondary cooling zone was considered. The turbulent flow is mathematically described by the Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANS). The realizable k - ? model and Reynolds stress model are used to close the RANS equations. The non-equilibrium wall functions near the wall are used to capture the steep gradients with accuracy on a coarse grid. Enthalpy-porosity technique has been used for solidification process. In this method a source term, derived from Darcy’s law of porous media, is incorporated in the momentum and turbulence equations. Due to the convergence problems in simulation of solidification process (as use of enthalpy-porosity technique), the problem was solve in transient state. Convergence criterion is establishment of the energy balance on the boundaries of solution area. According to the results, quantities as flow velocity, height of free surface oscillation, temperature and thickness of solidified shell were determined. The upper recirculation and lower recirculation flows were predicted truly. Level fluctuations of meniscus weas calculated using pressure distribution along the free surface based upon potential-energy conservation. The temperature distribution is vigorously dependent to the velocity distribution. The uniform distribution of temperature obtained that is important for slab quality. Reynolds-stress model didn’t have any advantage toward k-? model, although, it had more computational expense (CPU time and memory). This is due to the more sensibility of Reynolds-stress model to
ریخته گری مداوم در سه دهه گذشته اهمیت روزافزونی در تولید فولاد داشته است و امروزه مهمترین گام صنعتی در تولید فولاد است. پدیده های جریان سیال و انتقال گرما در قالب ریخته گری مداوم خیلی پیچیده هستند و تاثیر قابل توجهی روی کیفیت تولید می گذارند. بنابراین، فهم پدیده های جریان سیال و انتقال گرما در قالب ریخته گری مداوم مهم می شود. به ویژه اندازه ضخامت پوسته جامد شده در خروجی قالب بسیار مهم است. زیرا پوسته جامد شده باید به اندازه کافی ضخیم باشد تا در برابر فشار فرواستاتیکی فولاد مذاب مقاومت کند. بعلت دمای بسیار بالای فرایند، اندازه گیری مستقیم توزیع سرعت و دما دشوار می باشد. لذا شبیه سازی عددی یک ابزار مهم است و دانسته های کاملتری ارائه می کند. در این تحقیق، مدلی بر پایه شرایط فنی و عملیاتی ریخته گر تختال در واحد ریخته گری مداوم شرکت فولاد مبارکه معرفی می شود. یک مدل ریاضی سه بعدی برای شبیه سازی جریان متلاطم و انتقال گرما در قالب ریخته گری مداوم تختال با نازل دو شاخه ای، با استفاده از نرم افزار حجم محدود فلوئنت ایجاد شد. از نرم افزار گمبیت برای ایجاد هندسه و تولید شبکه استفاده شد. برای پیش بینی درست الگوی جریان در قالب، حوزه حل شامل نازل، قالب و بخش کوچکی از ناحیه خنک سازی ثانویه در نظر گرفته شد. جریان متلاطم بطور ریاضی با استفاده از معادلات ناویر- استوکس متوسط شده رینولدز توصیف می شود. مدل قابل درک و مدل تنش رینولدز برای تقریب زدن این معادلات استفاده می شود. تکنیک انتالپی- تخلخل برای فرایند انجماد استفاده شده است که یک جمله چشمه ناشی از قانون دارسی در محیط متخلخل، به معادلات اندازه حرکت و تلاطم اضافه می شود. به دلیل مشکلات همگرایی در شبیه سازی فرایند انجماد (به دلیل استفاده از تکنیک انتالپی- تخلخل)، مسئله بصورت گذرا حل گردید. معیار همگرایی، برقراری بالانس انرژی روی مرزهای ناحیه حل است. از نتایج بدست آمده، کمیت های سرعت جریان، ارتفاع تلاطم سطح مذاب، دما و ضخامت پوسته جامد تعیین گردیدند. جریان های بازچرخشی بالایی و پایینی به خوبی پیش بینی شدند. میزان نوسانات سطح مذاب با استفاده از توزیع فشار در امتداد سطح آزاد بر مبنای بقای انرژی پتانسیل محاسبه شد. توزیع دما بشدت به توزیع سرعت وابسته است. توزیع یکنواخت دما در قالب بدست آمد

ارتقاء امنیت وب با وف بومی