Model Investigations on Slag Entrainment in Continuous Casting

P. Scheller, R. Hagemann
2012 Archives of Metallurgy and Materials  
Today continuous casting is the state of the art in industrial casting processes. The casting powder used fulfill various tasks such as preventing air contact, absorbing non-metallic inclusions from liquid steel, providing lubrication between strand shell and mould wall and controlling heat transfer. The mould powder in contact with liquid steel surface forms a liquid slag layer. The jet of liquid steel from submerged entry nozzle is reflected at the mould wall forming a lower and upper flow
more » ... r and upper flow pattern. The upper flow moves along the steel-slag interface and generates shear stress at the interface and waves. Viscosityand density-differences between the two liquid phases leads under certain flow conditions to finger like protrusions. Reaching a critical flow velocity the protrusions can breakup and form slag droplets following the flow into the liquid steel-pool. These droplets can form finally non-metallic inclusions in steel material, cause defects in the final product and therefore should be avoided. Till now the physical mechanisms of slag entrainment are not completely understood. The interaction at the liquid-liquid interface was investigated using cold model study using a single-roller driven flow in oil-water systems with various silicon oil properties. The critical values of the dimension free capillary number Ca for droplet breakup marking the start of their entrainment in the lower fluid are determined over a wide-range of fluid properties defined as the product of viscosity ratio (dispersed liquid/continuous liquid) and density ratio (continuous liquid/dispersed liquid) Λ. With the knowledge of thermo-physical properties of steel-slag systems the critical capillary number Ca* for slag entrainment as a function of Λ could be derived. Assuming stable conditions at the interface and no reaction between the phases no slag entrainment should occur under usual casting conditions. Obecnie ciągłe odlewanie jest najnowocześniejszą metodą w przemysłowych procesach odlewania. Zasypka krystalizatorowa stosowana w procesie spełnia różne zadania takie jak: ochrona przed atmosferą powietrza, absorpcja wtrąceń niemetalicznych z ciekłej stali, zapewnienie smarowania między powierzchnią pasma a krystalizatorem oraz kontrola wymiany ciepła. W kontakcie z powierzchnią ciekłej stali zasypka tworzy warstwę ciekłego żużla. Strumień ciekłej stali z wylewu zanurzeniowego jest odbijany od ściany krystalizatora formując zróżnicowane natężenia przepływu. Wyższy przepływ stali wzdłuż powierzchni żużla generuje naprężenia ścinające na powierzchni rozdziału faz oraz jej falowanie. Różnice lepkości i gęstości pomiędzy dwiema ciekłymi fazami prowadzą pod pewnymi warunkami przepływu do powstania wypukłości. Osiągnięcie krytycznej prędkości przepływu może powodować odrywanie wypukłości i formowanie kropelek żużla przepływających do ciekłej kąpieli metalowej. Kropelki te tworzą wtrącenia niemetaliczne w stali, powodując wady w końcowym produkcie, zatem powinno sie dążyć do ograniczenia ich powstawania. Do tej pory fizyczne mechanizmy zaciągania żużla nie zostały dokładnie poznane. Oddziaływanie na granicy ciecz-ciecz zostało zbadane przy użyciu zimnych modeli z pojedynczą rolką napędzającą w układzie olej-woda, przy użyciu olejów silikonowych o różnych właściwościach. Krytyczna wartość liczby kapilarnej Ca dla rozdrobnienia wskazującego początek zaciągania przy niskim przepływie została wyznaczana dla szerokiego zakresu właściwości na podstawie współczynników lepkości (płyn zdyspergowany/płyn ciągły) i gęstości (płyn ciągły/płyn zdyspergowany) Λ. Znając właściwości termofizyczne układu stal-żużel można wyprowadzić krytyczną liczbę kapilarną Ca* dla zaciągania żużla jako funkcję Λ. Zakładając stabilne warunki na powierzchni międzyfazowej oraz brak reakcji między fazami, w zwykłych warunkach ciągłego odlewania nie powinno następować zaciąganie żużla.
doi:10.2478/v10172-012-0024-5 fatcat:443x6tazvzdvxdwrgxhf3yvcry