مدلسازی اختلاط بین ذوب های متوالی به هنگام تغییر نوع فولاد در فرایند ریخته گری مداوم تختال

در فرایند ریخته گری مداوم به هنگام عملیات تعویض پاتیل زمان هایی لازم است نوع فولاد تولیدی به لحاظ ترکیب شیمیایی تغییر کند. با توجه به پیوسته بودن عملکرد سیستم های تاندیش و ماشین ریخته گری و همچنین حضور جریان مغشوش در تاندیش و حوضچه مذاب شمش در حال انجماد، دو فولاد مذاب متوالی با ترکیب شیمیایی مختلف با یکدیگر مخلوط می شوند. جهت خارج کردن فولاد مخلوط شده از فرایند تولید، نیاز به شناسایی دقیق ناحیه مخلوط شده در شمش وجود خواهد داشت، همچنین به لحاظ اقتصادی به کارگیری راه کارهایی به منظور کاهش مقدار فولاد مخلوط شده بین دو ذوب نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش پدیده اختلاط در فرایند ریخته گری مداوم با استفاده از مدل های ریاضی اختلاط، شبیه سازی و ترکیب شیمیایی تختال واسط بین ذوبهای مخلوط شده پیش بینی شده است. برای این منظور ابتدا اختلاط در تاندیش در شرایط همدما و غیرهمدما با استفاده از مدل های توزیع زمان اقامت مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. معادلات دیفرانسیلی حاکم به روش اختلاف محدود و با استفاده از الگوریتم رانگ-کوتای مرتبه چهار حل عددی شده است. همچنین به کمک داده های تجربی سیستم مدل آبی پارامترهای مجهول مدل اختلاط تعیین، و اعتبار مدل نیز توسط آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. سپس با مدل سازی مکانیزم های انتقال حرارت و انجماد شمش در ماشین ریخته گری مداوم، شکل هندسی حوضچه مذاب پیش بینی شده است. در این راستا معادله بقای انرژی به روش حجم محدود و به کمک الگوریتم quick حل عددی شده است. با اندازه گیری دمای سطح شمش و همچنین با استفاده از نتایج دیگر محققان، پیش بینی های مدل ریاضی در نواحی مختلف خنک سازی شمش مورد ارزیابی قرار گرفته است. پس از آن نحوه اختلاط در حوضچه مذاب شمش با استفاده از مدل های توزیع زمان اقامت مورد مطالعه قرار گرفته و پاسخ معادلات حاکم به صورت عددی تعیین گردیده است. نهایتاً تغییرات رخ داده در ترکیب شیمیایی ناحیه مخلوط شده در شمش پس از انجماد محاسبه شده است. جهت ارزیابی صحت پاسخ نهایی مدل اختلاط، آنالیز شیمیایی نقاط مختلف نمونه تختالی که در محدوده اختلاط بین دو ذوب متوالی قرار گرفته، در شرکت فولاد مبارکه اندازه گیری گردیده است. مقایسه انجام شده حاکی از تطابق نسبتاً خوبی بین پیش بینی مدل و اندازه گیری های تجربی بوده است. نتایج مدل نشان داده است پارامترهایی مانند: مقدار ذوب داخل تاندیش به هنگام تخلیه ذوب جدید، نرخ پرشدن تاندیش پس از عملیات تعویض پاتیل، دبی مذاب خروجی از تاندیش، سرعت ریخته گری، عرض تختال، دامنه ترکیب شیمیایی ذوب های مخلوط شده و اختلاف دمایی بین دو ذوب ریخته گری شده از جمله مواردی هستند که بر میزان اختلاط تأثیرگذار بوده است که بصورت کمی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد اختلاف دمایی بین دو ذوب مخلوط شده، علاوه بر این که مقدار فولاد مخلوط شده در تاندیش را به شدت تحت تأثیر قرار داده است، در تختال نیز این اثر در شرایط خاصی موثر واقع شده و سبب کاهش مقدار اختلاط در محصول نهایی گردیده است..