Transport Phenomena in a Beam-Blank Continuous Casting Mold with Two Types of Submerged Entry Nozzle

Abstract

A three-dimensional full-coupled mathematical model is established to study the fluid flow, heat transfer and solidification in a 450 mm × 350 mm × 90 mm beam-blank mold with two different types of submerged entry nozzle (SEN), namely single-port straight SEN and three-port radial flow SEN. Water modeling experiments, industrial trials and public results available in literature are performed to validate the numerical results. The results show that, with the straight SEN which has been widely applied in beam-blank continuous casting, there is a very inactive top free surface in the mold which level fluctuation magnitude is less than 1 mm and velocity magnitude is far from a reasonable interval, and the shell thickness distribution at the mold exit is very uneven, thick at the web but thin at the fillet. Moreover, there exists a "wavy contour" at the flange due to the washing effect of the off-center molten steel jet. While with the new designed radial flow SEN, a suitable meniscus status and a more uniform shell thickness at the mold exit can be obtained, which is helpful to avoid the breakouts caused by the rupture of thin fillet and the flange depression. The "self-braking" effect caused by two radial flow SENs provides good flow stability at the web center.

Numerical and Physical Study on a Cylindrical Tundish Design to Produce a Swirling Flow in the SEN During Continuous Casting of Steel

“…In the past, many studies have been carried out in order to understand the steel flows in SENs under various conditions and to further improve the bulk flow pattern in the mold. Specifically, the effects of the nozzle type (straight or bifurcated), [1,2] SEN port design (number, shape, angle, thickness), [3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13] argon injection in SENs, [5,[15][16][17][18][19][20][21] SEN immersion depth, [6,13] slide gate position, [5] and nozzle clogging [17,22] on the steel flows have been investigated. These studies improved the understanding of the steel flow characteristics in SENs which contributed to the steel flow optimization.…”

Comportamento Do Jato De Aço E Análise Das Flutuações Superficiais Em Um Molde De Beam Blank

“…É importante ressaltar ainda que o impacto do fluxo de aço sobre a pele sólida nas regiões do filete e do centro do flange retarda o crescimento da pele nessas regiões. Este efeito na região central do flange, também foi observado por Xu e Zhu [8], que o denominaram "washing effect". Os valores da profundidade de penetração do jato, obtidos por simulação matemática, estão apresentados na Tabela 1.…”

“…Houve substancial coerência entre os resultados obtidos, com aqueles disponíveis na literatura acerca da flutuação do menisco. Por simulação matemática, Xu e Zhu [8] observaram que para válvulas tubulares, o nível de flutuação do menisco mostrou-se menor que 1mm; enquanto que Zhang et al [11], via modelamento físico, obtiveram uma flutuação média da ordem de 0,2mm para SEN de 40mm de diâmetro interno e 70mm de profundidade de imersão. Já Chen et al [10], obtiveram, por simulação matemática, uma flutuação de oscilação da ordem de 0,8mm na região da alma e 2,2mm na do flange, para imersão de 75mm.…”

“…A geometria do bocal da(s) válvulas submersa(s) influencia o campo de velocidades e a dissipação de calor na região do molde. Neste contexto, Xu e Zhu [8] compararam o uso de válvulas tubulares simples e válvulas dotadas de três furos laterais na saída, dois apontados para o flange e um para a região central da alma. Os resultados mostraram que para válvulas tubulares, o perfil de temperatura é tal que a pele solidificada é mais fina na região do filete e mais espessa na alma; enquanto que para as válvulas com três furos laterais, ocorreu uma maior oscilação do menisco, porém o encontro dos jatos na região central da alma cria uma zona de alta temperatura, o que gera uma pele mais fina, e, por isso, propensa a rupturas.…”

The Effects of a Submerged Entry Nozzle on Flow and Initial Solidification in a Continuous Casting Bloom Mold with Electromagnetic Stirring

“…Most defects affecting steel quality in the continuous casting (CC) process are associated with metallurgical behavior in the mold, which is largely determined by the submerged entry nozzle (SEN). The SEN can affect the flow pattern, solidified shell growth, free surface status and inclusion removal in the CC mold [1,2]. Previous works have developed both experimental and numerical models for analyzing the flow [3][4][5] and initial solidification [6][7][8] in the CC mold under different SEN conditions.…”