Flow Under Control: Modelling of Electromagnetic Effects in Continuous Casting / 
Řízené proudění: Modelování elektromagnetických účinků při kontinuálním odlévání oceli

Yahea Ayoub¹, Pavel E. Ramirez Lopez^1,2, Sailesh Kesavan¹, Magnus Gustafsson³, Christer Nilsson⁴

¹Process Metallurgy Department, SWERIM AB, Aronstorpsvagen 1, SE 97 437, Luleå, Sweden
²KTH, Royal Institute of Technology, Brinellvägen 23, SE-100 44 Stockholm, Sweden
³Luleå university of technology, Laboratorievägen 14, SE-971 87, Luleå, Sweden
⁴SSAB EMEA AB, Svartöbrinken 20, SE-974 37, Luleå, Sweden

Abstract

This work presents a numerical study on the influence of localized electromagnetic braking (EMBr) in thin-slab continuous casting. A coupled model of molten steel flow and electromagnetic fields was developed using ANSYS Fluent with its magnetohydrodynamics (MHD) module. Magnetic field distributions were generated through a MATLAB user-defined function and mapped onto the casting mould. A Box-Behnken experimental design was used to systematically vary five parameters: field intensity, diameter, x- and z-placement, and casting speed, resulting in 41 simulations. Key flow characteristics were monitored, including meniscus velocity, jet behavior, and wall forces. Results show that near-inlet EMBr placement leads to reduced jet velocity, downward deflection, and damping of flow variables. In contrast, fields placed below the jet increase upward flow momentum, meniscus velocity, and steel level. Larger coil diameters and higher magnetic field intensities generally reduce all flow parameters and promote upward jet deflection. Regression models reveal strong nonlinear and interaction effects, particularly between vertical placement, intensity, and diameter. The study demonstrates that EMBr positioning and configuration have significant but complex effects on flow behavior in continuous casting, providing valuable insights for process control and quality improvement in steel production.

Keywords: continuous casting, electromagnetic braking, slab casting, computational model

Abstrakt

Tato práce představuje numerickou studii vlivu lokálního elektromagnetického brzdění (EMBr) při kontinuálním odlévání tenkých pásů. Pomocí programu ANSYS Fluent a jeho modulu magnetohydrodynamiky (MHD) byl vyvinut propojený model proudění roztavené oceli a elektromagnetických polí. Rozložení magnetického pole bylo generováno prostřednictvím uživatelsky definované funkce v MATLABu a promítnuto na odlévací formu. Pro systematickou změnu pěti parametrů – intenzity pole, průměru cívky, polohy v osách x a z a rychlosti odlévání – byl použit experimentální design Box-Behnken, což vedlo k realizaci 41 simulací. Sledovány byly klíčové charakteristiky proudění, včetně rychlosti menisku, chování proudu a sil působících na stěny formy. Výsledky ukazují, že umístění EMBr v blízkosti vstupu snižuje rychlost proudu, způsobuje jeho odklon směrem dolů a tlumí jeho proměnné. Naopak pole umístěná pod proudem zvyšují hybnost proudu směrem nahoru, rychlost menisku a hladinu oceli. Větší průměry cívek a vyšší intenzity magnetické pole obecně snižují všechny parametry proudění a podporují odklon proudu směrem nahoru. Regresní modely odhalují silné nelineární a interakční účinky, zejména mezi vertikálním umístěním, intenzitou a průměrem cívky. Studie ukazuje, že umístění a konfigurace EMBr mají významné a komplexní dopady na chování proudění při plynulém odlévání, což poskytuje cenné poznatky pro řízení procesu a zlepšení kvality výroby oceli.

Klíčová slova: plynulé lití, elektromagnetická brzda, odlévání bram, výpočetní model

Stáhnout článek