Сборник научных трудов ДонНТУ - 2012. Серия: металлургия
  Публикация №7

Классификация режимов перемешивания жидкой стали в ковше при продувке инертным газом

И.Н. САЛМАШ (канд.техн.наук)
Донецкий национальный технический университет, Донецк

УДК 669.18

В статье представлены результаты исследования процессов перемешивания жидкой стали в ковше при продувке инертным газом для ковшей с одним и с двумя продувочными узлами при различном их расположении. Определено рациональное расположение продувочных узлов. Исследования выполнены путём математического моделирования в прикладном пакете ANSYS.

Ключевые слова: схемы перемешивания, футеровка, ковш, продувочная фурма, диапазон расположения продувочных фурм, термические напряжения, поток.

Введение

Необходимость разработки подобной классификации обусловлена тем фактом, что в промышленных условиях при реализации определённых технологических построений возникают различные ситуации, требующие интенсификации или наоборот снижения интенсивности продувки. Последствия такого варьирования режимами продувки должны быть известны заранее и на практике должны быть рекомендована определённая система по выбору рациональных режимов применительно к конкретной ситуации.

Цель исследования

Цель настоящей статьи заключается в определении рационального расположения продувочных узлов в установке «ковш-печь».

Основная часть

Изучение процесса перемешивания выполнялось методов математического моделирования с помощью существующих математических моделей сталеразливочных ковшей агрегата «ковш – печь» в прикладном пакете ANSYS [1-3] для двух типоразмеров (табл.1).

Для каждого типоразмера ковша варьировалось количество (одно или два) продувочных устройств и их расположение в днище, которое характеризовалось расстоянием rn от вертикальной оси ковша до центра отверстия. Диапазон расположения продувочного узла (rn/Rн) изменялся в пределах 0,3 - 0,95. Для упрощения модели с двумя продувочными узлами предполагалось их симметричное расположение относительно вертикальной оси ковша. Установлено, что процесс перемешивания жидкой стали в ковше проходит в несколько стадий: начальная, промежуточная и установившаяся.

Таблица 1 - Основные геометрические параметры ковшей.

Основные геометрические параметры ковшей

На начальной стадии (рис.1а, г), соответствующей началу продувки, наблюдается формирование потока, движущегося от продувочного узла вверх к свободной поверхности расплава. Максимальные скорости потока отмечаются в зоне продувочных отверстий, основная часть расплава только начинает приходить в движение. Далее по ходу продувки восходящий поток развивается, увлекая в движение все большие слои жидкой стали во всем объёме ковша и формируя циркуляционные зоны. Максимальные скорости движения характерны для восходящей области потока расплава.

Развитие потоков при перемешивании жидкой стали в процессепродувки инертным газом через

Рисунок 1 – Развитие потоков при перемешивании жидкой стали в процессепродувки инертным газом через: а, б, в – одно продувочное отверстие;г, д, е – два продувочных узла

Такое состояние можно рассматривать, как промежуточную стадию процесса (рис.1б, д). Приблизительно через 300 с после начала продувки в большинстве следуемых случаев наблюдается стабилизация картин перемешивания расплава, что можно считать установившейся стадией процесса (рис.1в, е). В этом случае отмечаются установившиеся траектории движения расплава и стабильные циркуляционные зоны.

На основании идентифицированных закономерностей движения потоков жидкой стали в работе предложено для формирования классификации режимов перемешивания использовать картины полей скоростей для установившейся стадии процесса перемешивания. В результате анализа полученных схем движения потоков расплава в ковше была предложена классификация режимов перемешивания стали в агрегате «ковш-печь» (рис.2). Наиболее эффективной представляется схема перемешивания, представленная на рис.2е. В этом случае восходящие потоки отклоняются к стенкам ковша и формируют среднескоростные циркуляционные зоны в области шлакового пояса футеровки.Движение восходящих потоков вдоль футеровки ковша является весьма важным фактором в условиях обработки стали в агрегате «ковш-печь», поскольку в этом случае горячие верхние слои металла вовлекаются в перемешивание и попадают в осевую зону жидкой ванны.

Основные схемы, определяющие классификацию режимов перемешивания жидкой стали в ковше при продувке инертным газом через

Рисунок 2 – Основные схемы, определяющие классификацию режимов перемешивания жидкой стали в ковше при продувке инертным газом через: а, б, в – один продувочный узел; г, д, е – два продувочных узла, при их различном расположении p

Таким образом, наиболее горячие порции не попадают непосредственно к футеровке ковша, как это получается в предыдущих схемах, что соответственно снижает термическую нагрузку на огнеупоры шлакового пояса. Доля низкоскоростных потоков при этом невелика, а располагаются они в придонной части и в зоне шлакового пояса, что отвечает меньшему износу футеровки шлакового пояса и меньшему вовлечению шлака вглубь расплава. Наиболее интенсивному воздействию потоков подвержена рабочая футеровка ковша ниже шлакового пояса.

Предлагаемая классификация позволяет обеспечить системный выбор режимов обработки в зависимости от производственной или технологической ситуации. Наиболее полному перемешиванию объёма расплава соответствует расположение продувочных устройств (и в случае одного, и в случае двух) при их смещении от центра днища ковша на расстояние rn/Rн = 0,6 – 0,95.

Выводы

Установлено, что для ковшей агрегатов «ковш – печь» завода ПАО «Энергомашспецсталь» вместимостью 75 т и 120 т более интенсивное перемешивание расплава происходит в ковше вместимостью 75 т, и доля «застойных» зон в этом ковше несколько ниже, чем в ковше 120 т. Для снижения доли «застойных» зон на этом производстве, рациональное расположение продувочных фурм в ковшах соответствует диапазону rn/Rн = 0,6…0,75.

  • 1. Ошовская Е.В. Моделирование температурных полей в сталеразливочном ковше агрегата ковш – печь / Е.В. Ошовская, И.Н. Салмаш// Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2004. – №8. – С.120-123.
  • 2. Моделирование процесса перемешивания расплава в сталеразливочном ковше с двумя продувочными отверстиями/ Е.В. Ошовская, И.Н. Салмаш, А.Н. Минтус и др. // Металл и литье Украины. – 2006. – №1. – С. 62-65.
  • 3. Математическое моделирование процесса перемешивания стали в агрегате ковш-печь / А.Н. Смирнов, И.Н. Салмаш, Е.В. Ошовская, В.С. Седуш // Наукові праці ДонНТУ. Металургія.– 2005. – Вип. 102. – С. 71 - 81.
  Публикация №7
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ