Hydrodynamic performance of steelmaking tundish systems: a comparative study of three different tundish designs

摘要

Umfangreiche Wassermodellstudien sollten den Einfluß verschiedener Leitbleche auf die Hydrodynamik dreier verschiedener Tundishbauarten klären. Zur Diskussion standen je ein Gießverteiler einer 2-adrigen Brammen- und einer 6-adrigen Knüppelstrangießanlage als auch ein abgeschrägter, dreieckiger Tundish einer 5-adrigen Anlage. Die Betriebsbedingungen wurden unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse und der Froude-Zahl auf den Modellmaßstab übertragen. Auf dieser Basis ließ sich die Wassereintrittsgeschwindikeit in die Modelltundishsysteme mit der Gleichung Q_m = λ~(5/2)Q_(f.s) berechnen. Anhand von Leitfähigkeitsmessungen ließen sich die Merkmale der Verweilzeitverteilungen (RTD) bestimmen. Auf diese Art konnte die hydrodynamische Leistung quantifiziert werden. Bei diesen Messungen als auch bei Fließvisualisierungsstudien konnten eine Reihe von grundlegenden Zusammenhängen beobachtet werden. Die optimale Bauart, Anzahl und Position von Leitblechen im Tundish hängt offensichtlich stark vom grundlegenden Tundishdesign ab (Abmessungen, Anzahl der betriebenen Adern, etc.). Von allen hier untersuchten Leitblechen (Damm, Damm und Wehr, Lochplatten, etc.) scheinen geeignet entworfene, geschlitzte Bleche die RTD-Merkmale im Sinne einer besseren metallurgischen Leistung günstig zu verändern. Gegenteilig wirken eine Erhöhung der Stranganzahl, Asymmetrien in der Tundishauslegung und ungünstige Betriebsbedingungen. Ein Vergleich der Versuchsergebnisse für drei Tundishsysteme zeigt, daß Veränderungen der Charakteristika der Leitblechauslegung bei den beiden symmetrischen Gießverteilersystemen (z.B. beim 2- und 6-adrigen Tundish) zu einer bemerkenswerten Leistungsverbesserung führen können.%Extensive water modelling was carried out to ascertain the influence of various types of baffle designs on the hydrodynamic performance of three different designs of steelmaking tundish systems. These included, a two-strand slab casting tundish, a six-strand billet casting tundish and a five-strand, skewed, delta shaped tundish. Plant scale operating conditions were scaled down respecting both geometric and Froude similarity and on the basis of the latter, the inflow rate of water into the model tundish systems was estimated via: Q_m = λ~(5/2)Q_(f.s). To quantify the hydrodynamic performance, residence time distribution (RTD) characteristics were measured using the conductivity measurement technique for a wide range of baffle designs. From such measurements as well as from flow visualisation studies, the following general observations have been made. The optimum design of baffles together with its number and position within the tundish appear to be a strong function of the basic tundish design (viz., the geometry, the number of operating strands etc.). Of the various types of baffles investigated in this work (dam, dam + weir, baffles with holes etc.), appropriately designed slotted baffles appear to modify the RTD characteristics most favourably towards superior metallurgical performances. Increase in the number of strands, asymmetricity in the tundish design and flawed operating conditions, (viz., large width to length ratio) were all found to influence the tundish performance adversely.