3D thermomechanical modelling of primary cooling during continuous casting of steels
Modélisation 3D thermomécanique du refroidissement primaire lors de la coulée continue d'aciers
Résumé
This work deals with the three-dimensional numerical simulation by finite elements of primary cooling during the continuous casting of steel with the software THERCAST. The objective of this study is to model with accuracy the solid, liquid (and mushy) regions of a continuous casting slab. In this context, the global instationary strategy is proposed : the computational domain grows according to the casting velocity. In order to overcome the difficulties due to purely Eulerian or purely Lagrangian approaches, a mixed Eulerian-Lagrangian-ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is proposed. The solidifying shell is modelled with an elastovisco-plastic law. Thanks to an adaptive automatic remeshing method, this shell is represented with accuracy due to a fine anisotropic mesh in the temperature and stress gradient directions. In order to model liquid flows, a transport method on the argon bubbles density is proposed, coupled by the gravitational force term with the Navier-Stokes equations. The turbulent effects are taken into account via a standard k − " model. All those developments have been compared with success to academical results or benchmarks. Yet, a simulation of an industrial configuration with all those methods and phenomenologies is still a difficulty to overcome.
Ce travail porte sur la simulation numérique tridimensionnelle par éléments finis du refroidissement primaire lors de la coulée continue d'aciers via le logiciel THERCAST. L'objectif de cette étude est de modéliser avec précision les régions solides, liquides (et pâteuses) présentes dans une lingotière de coulée continue. Dans ce contexte, la stratégie globale instationnaire est utilisée : le domaine de calcul croît à la vitesse de coulée. Afin de s'affranchir des difficultés liées aux approches purement eulériennes ou langrangiennes, nous proposons une méthode de type Eulérien-Lagrangien-ALE (Arbitrairement Lagrangienne Eulérienne). La peau solidifiée est modélisée par une loi de comportement élasto-visco-plastique. Une méthode de remaillage adaptatif automatique permet de la représenter finement grâce à un maillage anisotrope très fin dans le sens des gradients de température et de contrainte. Afin de modéliser les écoulements liquides, nous avons implémenter une méthode de transport sur la densité de bulles d'argon, couplée aux équations de Navier-Stokes par le terme de force gravitationnelle. Les effets turbulents sont pris en compte par le modèle k − " standard. Tous ces développements ont été confrontés avec succès à des résultats académiques ou à des benchmarks, bien que la simulation d'une configuration industrielle prenant en compte l'ensemble de ces méthodes et phénoménologies ne soit pas encore à notre portée.
Domaines
Mécanique [physics.med-ph]
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