Separation of nonmetallic particles in tundishes

Abstract

The Separation of nonmetallic particles by buoyancy in tundishes is investigated theoretically. It is shown, that the best possible separation is achieved it the projection of the region through which flow from the inlet to the outlet mainly occurs, covers as large a part of the surface as possible. In contrast, the volume of this region, its distance from the surface and the mean retention time do not influence separation directly. Numerical calculations of the flow fields and particle separation in two different tundish geometries with and without a baffle predict no significant differences in the capability of separating nonmetallic particles. This surprising result may be explained by the principle stated above. In contrast to these findings, observations made during production provide indirect evidence that the insertion of a baffle reduces the concentration of Al2O3 at the outlet of the tundish significantly. This would mean that besides buoyancy, another process contributes significantly to the separation of nonmetallics. Such a process is not identified in this paper, but it is shown that turbulent diffusion and inertial impaction are not likely candidates. Die auftriebsbedingte Abscheidung nichtmetallischer Partikel in Verteilern wird theoretisch untersucht. Es zeigt sich, daß die bestmögliche Abscheidung dann erreicht wird, wenn die Projektion des Bereichs, durch den der Materialtransport hauptsächlich erfolgt, einen möglichst großen Teil der Oberfläche des Stahlbads ausfüllt. Im Gegensatz dazu beeinflussen das Volumen und die Entfernung des Durchflußbereichs von der Oberfläche, sowie die mittlere Verweilzeit die Abscheidung nicht direkt. Die numerische Berechnung der Strömungsfelder und der Abscheidegrade für zwei verschiedene Verteilertypen mit und ohne Lochplatte sagt keine signifikanten Unterschiede in der Abscheidefähigkeit voraus. Dieses überraschende Resultat wird durch das oben angegebene Prinzip erklärt. Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen deutet die betriebliche Erfahrung darauf hin, daß bei Verwendung einer Lochplatte die Al2O3-Konzentration am Auslaß des Verteilers signifikant reduziert ist. Das würde bedeuten, daß neben dem Auftrieb noch ein anderer Prozeß einen bedeutenden Beitrag zur Abscheidung nichtmetallischer Verunreinigungen leistet. Ein solcher Prozeß wird in dieser Arbeit nicht angegeben, aber es wird gezeigt, daß turbulente Diffusion und Trägheitsabscheidung keine wahrscheinlichen Kandidaten dafür sind.