THERMAL STRATIFICATION OF STEEL FLOW IN TUNDISHES WITH OFF-CENTRED LADLE SHROUDS USING DIFFERENT FLOW CONTROL DESIGNS

Abstract

Thermal stratification of steel flow in a tundish with off-centred ladle shrouds using two flow control arrangements was studied using a non-isothermal water model. One of the flow control arrangements consisted of a pair of baffles (arrangement B) and the other one consisted of a turbulence inhibitor and a pair of dams (TI-D). Positions of the ladle shroud were centred, off-centred one ladle shroud diameter (1D) and off-centred two ladle shroud diameters (2D). Thermal experiments involved feeding higher temperature water and monitoring the effects at various locations within the liquid. For any position of the ladle shroud and casting rate, the TI-D arrangement yielded smaller thermal gradients of liquid inside the vessel and higher plug flow volumes. Particle image velocimetry (PIV) measurements demonstrated a close relationship between the velocity fields and the buoyancy number that relates thermal buoyancy forces with inertial forces for a given casting rate. Buoyancy forces were estimated through the thermal responses at the outlet and it was found that the TI-D arrangement prolonged the lifetime of the buoyancy effects to a greater extent than the B arrangement due to the effects of the turbulence inhibitor.On a étudié la stratification thermique de l’écoulement d’acier dans un panier de coulée avec des tubes excentrés de protection de jet de la poche de coulée en utilisant deux arrangements de contrôle de l’écoulement, au moyen d’un modèle aquatique non isotherme. L’un des arrangements de contrôle de l’écoulement consistait en une paire de déflecteurs (arrangement B) et l’autre, en un inhibiteur de turbulence et une paire de seuils (TI-D). Les positions du tube de protection de jet de la poche de coulée étaient centrée, excentrée d’un diamètre de tube de la poche de coulée (1D) et excentrée de deux diamètres de tube de la poche de coulée (2D). Les expériences thermiques impliquaient d’alimenter avec de l’eau à température plus élevée et de surveiller les effets à différents endroits dans le liquide. Pour toute position du tube de protection de jet de la poche de coulée et pour tout taux de coulée, l’arrangement TI-D a produit les plus petits gradients thermiques du liquide à l’intérieur de la cuve et les volumes les plus élevés d’écoulement à bouchons. Des mesures de vélocimétrie de particule par image ont démontré une proche relation entre les champs de vélocité et le nombre de flottabilité qui relie les forces thermiques de flottabilité aux forces d’inertie pour un taux donné de coulée. On a estimé les forces de flottabilité par l’intermédiaire des réponses thermiques à la sortie et l’on a trouvé que l’arrangement TI-D prolongeait la durée des effets de flottabilité à un plus grand degré que l’arrangement B, dû aux effets de l’inhibiteur de turbulence.