Numerical model for alumina deoxidation inclusion size distributions

A numerical model was developed to predict alumina deoxidation inclusion size distributions during steelmaking. The model was based on the Kampmann-Wagner numerical (KWN) model. This is the first time the KWN model has been used to describe precipitation of two solutes from a liquid phase. Besides inclusion nucleation and diffusion growth, the KWN model was extended to include reoxidation, collision growth and inclusion removal. Collision growth included three different types of collisions: Brownian collisions, Stokes collisions and turbulent collisions. The modified KWN model results were compared to three previously published numerical models using the same initial conditions and parameters. The slopes of the size distributions were similar in all cases. However, the magnitudes of the size distributions varied significantly. This was explained by the different mechanisms and assumptions used by each model. The model results from this work were also compared to experimental size distributions by simulating an entire ladle treatment from tapping at the converter to the end of the ladle treatment, including ladle additions and the starting and stopping of stirring. The slopes of the size distributions predicted by this model matched those in all the experimental size distributions. The modified KWN model predicted the correct size distribution magnitude at the start of the ladle treatment. However, the magnitude at the end of the ladle treatment was poorly predicted. This was explained by the loss of alumina inclusions due to their gradual modification by calcium. The slope of the size distributions was shown to be controlled by turbulent collision growth. However, this slope could not be modified by varying the turbulent energy dissipation rate.Un modèle numérique a été développé pour prédire la distribution de grandeur d'inclusions d'alumine de désoxydation durant la production d'acier. Le modèle est basé sur le modèle numérique Kampmann-Wagner (KWN). C'est la première fois que le modèle KWN est utilisé pour décrire la précipitation de deux solutés à partir d'une phase liquide. En plus de la crystallogénèse et de la croissance des inclusions par diffusion, le modèle KWN a été élargi afin d'inclure la réoxydation, la croissance par collisions ainsi que la perte des inclusions. La croissance par collision inclut trois différents types de collisions : les collisions browniennes, les collisions de Stokes et les collisions turbulentes. Les résultats du modèle KWN modifié ont été comparés à trois modèles numériques publiés précédemment en utilisant les mêmes conditions initiales et les mêmes paramètres. Les pentes des distributions de grandeurs étaient similaires dans tous les cas. Cependant, leurs magnitudes ont beaucoup différé. Ceci est expliqué par les différents mécanismes et suppositions présents dans chaque modèle. Le modèle KWN modifié a aussi été comparé à des données industrielles mesurées durant un traitement en poche en simulant le traitement en poche du début à la fin en passant par tous les ajouts et l'utilisation du brassage par gaz. Les pentes des distributions de grandeur prédites par ce modèle étaient toutes identiques aux données industrielles. Le modèle a prédit la bonne magnitude de la distribution de grandeur au début du traitement en poche. Cependant, la magnitude finale a été différente de la prédiction. Ceci est expliqué par la perte d'inclusions d'alumine due à leur modification graduelle par le calcium. Il a été démontré que la pente des distributions de grandeur est contrôlée par les collisions turbulentes. Cette pente n'a pu être modifiée en variant le taux de dissipation d'énergie de l'écoulement