شبیه سازی جدایش ماکروسکوپی در انجماد یک شمش فولادی به همراه مطالعات پارامتری

در تحقیق حاضر، پدیده جدایش ماکروسکوپی در حین انجماد در شمش های فولادی از طریق حل معادلات بقاء جرم، ممنتوم، انرژی و جزء حل شده مورد بررسی قرار گرفته است. ترکیب شیمیایی آلیاژ دوتایی با توجه به استحاله فازی، نفوذ در جامد و مایع و همچنین جریان جابجایی مذاب فولاد تعیین می گردد. به منظور حل معادلات حاکم از نرم افزار Flow3D که بر اساس روش حجم محدود توسعه یافته، استفاده شده است. تأیید کارایی این نرم افزار در زمینه مدل سازی پدیده جدایش ماکروسکوپی، با مقایسه نتایج بدست آمده از شبیه سازی شمش فولادی که نتایج تجربی آن در مورد ترکیب شیمیایی انتشار یافته، انجام پذیرفت. سپس پدیده جدایش ماکروسکوپی عنصر کربن در یک شمش فولادی در حین انجماد مورد مطالعه قرار گرفت. در مرحله اول، اثر نسبت ارتفاع به قطر بر جدایش عنصر کربن در فولاد مذکور بررسی و نسبت ارتفاع به قطر 2، به عنوان شمش مرجع انتخاب گردید. مطالعات پارامتری شامل اثر ضریب انتقال حرارت در کف و دیواره شمش و تأثیر تغییر جنس قالب بر جدایش عنصر کربن در شمش مرجع انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که افزایش ضریب انتقال حرارت در کف یا دیواره شمش موجب کاهش مقدار جدایش کلی کربن در شمش می شود. استفاده از قالب مسی که هدایت حرارتی بیشتری نسبت به قالب چدنی دارد به دلیل افزایش سرعت انجماد منجر به کاهش میزان جدایش کلی می گردد.