Title of article :
Thermal Simulation of Solidification Process in Continuous Casting
Author/Authors :
Jabari Moghadam, A Department of Mechanical Engineering - Shahrood University of Technology , Hosseinzadeh, H Department of Mechanical Engineering - Shahrood University of Technology
Abstract :
In this study, a mathematical model is introduced to simulate the coupled heat transfer equation and
Stefan condition occurring in moving boundary problems such as the solidification process in the
continuous casting machines. In the continuous casting process, there exists a two-phase Stefan
problem with moving boundary. The control-volume finite difference approach together with the
boundary immobilization method is selected to predict the position of moving interface and the
temperature distribution. The approach is validated by some available models and the agreement is
found to be satisfactory. Effects of the governing parameters such as Stefan number and casting speed
on the evolution of the freezing front and temperature distributions are investigated. It is found that the
variation of Stefan number has a strong influence on the growth of the shell thickness and the
temperature distributions. For the same values of heat transferred from the mold, increasing Stefan
number has significant results such as: accelerating the solidification process and increasing the solid
thickness, enhancing the local heat flux in the liquid, and broadening the liquid zone affected by the
cooling water jacket. As the casting speed becomes higher, the molten flow leaves the mold faster and
the solid thickness entering the secondary cooling stage is decreased; meanwhile, the central liquid
region has less time to be affected by the cooling water. Reducing casting speed results in decreasing
the solid temperature; in other words, the solid layer becomes cooler.
Farsi abstract :
در اين تحقيق، مدل رياضي براي شبيه سازي كوپل معادله انتقال حرارت و شرط استفان در مسايل با مرز متحرك مانند فرآيند انجماد در ايستگاههاي ريخته گري پيوسته معرفي شده است. در فرآيند ريخته گري، مساله استفان دوفازي وجود دارد. با گزينش رويكرد تفاضل محدود حجم كنترل به همراه روش ساكن سازي مرز، موقعيت مرز متحرك و توزيع دما پيش بيني مي شود. اعتبار اين رويكرد با برخي مدلهاي موجود، رضايتبخش است. اثر پارامترهاي حاكم نظير عدد استفان و سرعت ريخته گري بر روي تحول جبهه انجماد و توزيع دما بررسي مي شود. تغيير عدد استفان اثر شگرفي بر رشد ضخامت پوسته و پروفيل دما دارد. به ازاي مقدار يكسان گرماي منتقله از قالب، افزايش عدد استفان نتايج قابل ملاحظه اي دارد، از قبيل: شتاب بخشيدن به فرآيند انجماد و افزايش ضخامت جامد، ارتقاي شار گرمايي موضعي در مايع و گسترش ناحيهاي از مايع كه متاثر از ژاكت آب خنك كننده است. چنانچه سرعت ريخته گري زياد شود، جريان مذاب سريعتر قالب را ترك مي كند و ضخامت جامد واردشونده به مرحله دوم خنك كاري كاهش مي يابد؛ درضمن ناحيه مايع مركزي فرصت كمتري براي اثرپذيري از آب خنك كننده دارد. كاهش سرعت ريخته گري، به كاهش دماي جامد منجر مي شود؛ به بيان ديگر، لايه جامد خنك تر مي شود.
Keywords :
Front-Fixing Method , Boundary Immobilization Method , Casting Speed , Stefan Condition , Continuous Casting , Heat Transfer
Journal title :
Astroparticle Physics