Experimental and Numerical Study of Calcium Treatment of Steel

Etude expérimentale et numérique du traitement inclusionnaire de l’acier par injection de calcium Afin de réduire les effets nocifs des inclusions d'alumine et d'améliorer la coulabilité de l'acier en fusion, le traitement au calcium est largement utilisé pour transformer les inclusions solides en inclusions liquides. Cependant, le traitement au calcium donne des résultats très irréguliers, difficilement explicables. Même si de nombreux efforts ont été déployés pour comprendre le comportement du calcium dans l’acier liquide, il n’a pas encore été prédit avec précision. Par conséquent, le mécanisme par lequel le calcium se dissout dans la masse fondue et transforme les inclusions solides doit être compris pour optimiser les conditions de traitement tels que la vitesse d'injection, la profondeur d'injection, le diamètre du fil d'injection, le temps d'agitation, etc. Afin de comprendre le mécanisme par lequel le calcium se dissout dans l'acier liquide, des expériences en laboratoire ont été effectuées dans un petit four à induction d'une capacité de 2,5 kg de métal. L'objectif est de confronter les résultats expérimentaux avec les résultats du modèle numérique développé. La remontée des gouttelettes de calcium ou des bulles dans l’acier liquide est un problème à trois phases (gouttelettes ou bulles de calcium/acier liquide/air au sommet). Par conséquent, une plateforme de calcul scientifique interne (ICI-tech) basée sur des méthodes par éléments finis est adaptée pour permettre la modélisation de telles solutions. Les écoulements triphasiques sont validés à l’aide de références classiques issues de la littérature. Le modèle de dissolution a été mis en oeuvre dans notre logiciel et la validation du modèle de dissolution a été réalisée. Les gouttelettes et les bulles de calcium sont étudiées dans l’acier liquide et leur coefficient de transfert de masse moyen est indiqué. Afin d'étudier le changement de phase calcium liquide/gaz, un modèle de nucléation a été implémenté dans le code ICI-tech. Un test typique est effectué où la croissance d'une bulle (vapeur d'eau) dans une eau uniformément surchauffée et la croissance d'une bulle de calcium dans du calcium liquide uniformément surchauffé sont calculées.