Effects of tundish size, tundish design and casting flow rate on fluid flow phenomena of liquid steel

Fluid dynamics of liquid steel in continuous casting tundishes is closely related to tundish volume and geometry, existence of flow control devices and steel flow rate. To study this complex interaction physical and mathematical models were used in the present work. The first one was based in a 1/3 scale water model with injection of tracers and the second one on the solution to the steady state‐turbulent Navier‐Stokes equations using the K‐ε [1] approximation for the turbulent viscosity. When the tundish size is increased from 30 t to 50 t the tracer indicates a strong bypassing in the second case. The mathematical predictions indicate very high fluid velocities along the tundish bottom in agreement with the experimental findings. The employment of turbulence inhibitors promotes a counter‐flow that surrounds the incoming stream jet of liquid from the inlet nozzle with steel displacing itself, after leaving this zone, along the upper free surface of the liquid. The addition of well designed baffles complements the action of the turbulence inhibitor to obtain a higher volume fraction under a plug flow pattern giving a softer flow of liquid steel. Besides, the positioning of baffles inside a tundish should be performed according to the steel flow rate. Das Strömungsverhalten von flüssigem Stahl in Gießverteilern einer Stranggießanlage ist eng mit dem Fassungsvermögen und der Geometrie des Tundish verbunden und wird außerdem von Vorrichtungen zur Strömungsregelung und der Gießgeschwindigkeit beeinflußt. Um diese komplexen Wechselwirkungen zu studieren, wurden physikalische und mathematische Modelle herangezogen: Ersteres auf der Basis eines Wassermodells mit Einleitung einer Indikatorlüsung, das zweite aufbauend auf der Lösung der Navier‐Stokes‐Gleichungen für den Übergang stationäre/turbulente Strömung unter Einbeziehung der K‐ε‐Näharung. Vergrößert man die Tundishkapazltät von 30 auf 50 t, zeigt die Indikatörlosunq eine deutliche Strömungsumlenkung im zweiten Fall. Die mathematischen Vorausberechnungen weisen ‐in Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen‐ auf sehr hohe Fließgeschwindigkeiten entlang des Tundishbodens. Turbulenzen‐verhindernde Maßnahmen begünstigen einen Gegenstrom, der zunächstden aus der Düse eintreffenden Gießstrahl mit Stahl umgibt und ihn damit gleichzeitig verdrängt. Im anschließenden Bereich wird der Gegenstrom entlang der oberen freien schmeuenoberfläcne begünstigt. Der Einbau passend ausgelegter Leitbleche ergänzt die Wirk