Pores, inclusions and electromagnetic stirring : Topics from the continuous casting of steel

• This thesis deals with two topics of relevance to the continuous casting of steel,in view of their importance as regards the quality of the final solidified structure.The first concerns the precipitation of gas pores and inclusions in the interden-dritic region of the solidifying metal. Motivated by experimental results thatindicate the formation of pore-inclusion clusters in the final cast structure, a the-oretical model is developed to describe how thus might occur; the model makesuse of the basic principles of fluid mechanics and heat transfer, with asymptoticmethods then being used in order to obtain solutions. In particular, it is foundthat soluto-thermocapillary drift in a direction perpendicular to the direction ofcasting, as a consequence of the dependence of surface tension at the pore-metalinterface on temperature and sulphur concentration, could explain cluster forma-tion. The second is a theoretical study concerning longitudinal electromagneticstirring (EMS), which is often used in the continuous casting of blooms in order toimprove product quality. Via an analysis of the three-dimensional (3D) Maxwellequations for the components of the magnetic flux density, a flaw is found inthe way that the components of the stirring Lorentz force have previously beencalculated; this is corrected and the new results are confirmed by comparison ofsolutions obtained from asymptotic analysis and time-dependent 3D computa-tions using finite-element methods. The analysis identifies the importance of theproduct of the bloom width and the wave vector of the applied field as a keydimensionless parameter.

• Avhandlingen fokuserar på två frågeställningar som är relevanta för stränggjut-ning av stål med avseende på deras betydelse för kvaliteten på den stelnadestrukturen. Den första frågeställningen fokuserar på bildningen av porer och in-neslutningar i interdendritiska områden i den stelnade metallen. Experimentellaresultat påvisade en bildning av klusters bestående av porer och inneslutning-ar, vilket motiverade en utveckling av en teoretisk modell som beskriver dettafenomen. Modellen bygger på grundläggande principer för fluidmekanik och vär-meöverföring i kombination med asymptotiska metoder för att erhålla en lösningtill problemet. Resultaten visar att soluto-termokapillära driftkrafter, som ver-kar i en riktning vinkelrät mot stelningsriktningen, kan förklara uppkomsten avklusterbildningen. Specifikt så beror dessa krafter av ytspänningen vid metall-porgränsskiktet, som i sin tur påverkas av temperaturen och svavelkoncentrationen imetallen. Den andra frågeställningen är en teoretisk studie fokuserad på longitu-dinell elektromagnetisk omrörning (EMS), vilken ofta används vid stränggjutningav blooms i syfte att öka kvaliteten av det gjutna ämnet. Genom att analysera detredimensionella Maxwellekvationerna för komponenterna tillhörande magnetiskaflödestätheten, så hittades en felaktighet med avseende på hur komponenterna förLorentzkrafter tidigare beräknats. Dessa felaktigheter har korrigerats och de nyapredikteringarna med modellen har verifierats både med asymptotiska lösningaroch tredimensionella beräkningar med användande av finita elementmetoder. Re-sultaten visar på betydelsen att ta hänsyn till bredden på blooms och det användafältet som dimensionslösa parametrar vid denna typ av simuleringar

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Materialteknik -- Metallurgi och metalliska material (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Materials Engineering -- Metallurgy and Metallic Materials (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Matematik -- Matematisk analys (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Mathematics -- Mathematical Analysis (hsv//eng)

Nyckelord

Teknisk materialvetenskap

Materials Science and Engineering

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)