Развитие теории и практики струйно-плазменной ковшовой обработки стали с целью повышения эффективности производства

• Автор: Агапитов, Евгений Борисович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 402 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ТЕХНОЛОГИЯХ КОВШОВОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ С ПОМОЩЬЮ
СТРУЙНО-ПЛАЗМЕННЫХ УСТРОЙСТВ
1.1 Анализ опыта использования электродуговых устройств в технологиях внепечной обработки расплавленной стали. Оценка эффективности управления тепловым состоянием расплава в ковшах
1.1.1 Влияние режимных характеристик работы электродуговой
установки на энергоэффективность обработки расплава в АКП
1.1.2 Проблемы использования традиционных способов подогрева расплава
в вакууматорах. Перспективы струйно-плазменной обработки
1.2 Анализ потенциала интенсификации тепломассообменных процессов
при струйно-плазменной обработке расплава стали
1.2.1 Растворение и удаление газов из расплавов металлов
при плазменной обработке
1.3 Нагрев сопротивлением шлакометаллического расплава
при струйно-плазменной обработке
1.3.1 Влияние теплофизических характеристик шлака и размеров токопроводящего шлакового слоя на его электрофизические характеристики
1.3.2 Эффективность плавления шлака «сопротивлением»
при плазменном токоподводе
1.4 Перспективы применения струйно-плазменной обработки стали
в промышленных ковшовых технологиях
1.5 Цели и задачи исследования
Глава 2. РАЗРАБОТКА СТРУЙНО-ПЛАЗМЕННЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ КОВШОВОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА СТАЛИ
2.1 Исследование влияния режима горения электрической дуги
на энергетические характеристики плазменной струи
2.2 Разработка конструкции погружного элемента высокотемпературной фурмы и исследование её тепловой работы
2.2.1 Исследование тепловой работы струйно-плазменной
продувочной фурмы
2.3 Комплексное исследование тепловой работы полых электродов
в струйно-плазменном режиме на агрегате ковш-печь
2.4 Разработка струйно-плазменных устройств для вакууматоров
и исследование их характеристик
2.5 Выводы по главе
Глава 3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ
И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОВШЕ
ПРИ СТРУЙНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ
3.1 Ковшовая установка как объект воздействия на неё струйно-плазменной обработки
3.2 Динамика изменения теплового состояния расплава в ковше
при импульсном нагреве
3.3 Распространение импульсов возмущений от струйно-плазменной продувки
в газожидкостной среде
3.3.1 Ударные волны в газожидкостной среде
3.4 Теоретическое исследование динамики движения газовых пузырей
в расплаве под воздействием импульсов давления широкополосного спектра частот
3.4.1 Гидродинамика газовых пузырей на участке всплытия
3.4.2 Динамика газового пузырька при пульсационном возмущении
3.5 Распространение низкочастотных пульсаций от струйно-плазменной продувки в газонасыщенной жидкости
3.6 Выводы по главе
Глава 4. КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ВАННЫ ВНЕПЕЧНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ СТРУЙНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ НА ФИЗИЧЕСКИХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ
4.1 Влияние нагрева газа на геометрию реакционной зоны
и гидродинамику жидкой ванны
4.2 Исследование перемешивающего воздействия струйно-плазменной продувки на жидкую ванну
4.3 Оценка эффективности перемешивания расплава стали в ковше путем математического моделирования с привлечением нечетких критериев
4.4 Влияние струйно-плазменного нагрева расплава стали в RH-установке
на скорость циркуляции
4.5 Выводы по главе
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУЙНО-ПЛАЗМЕННЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ УСТРОЙСТВ В RH-ВНЕПЕЧНЫХ УСТАНОВКАХ
5.1 Комплексное рафинирование стали при вакуумном струйно-плазменном нагреве
5.2 Исследование теплофизических процессов в RH-установке
с струйно-плазменным нагревом
5.2.1 Влияние плазменно-дугового нагрева на энергетический баланс RH-установки
5.2.2 Анализ эффективности струйно-плазменного нагрева
при RH-обезуглероживании

вышенный расход электродов и возрастание вероятности науглероживания металла.
1.1.2 Проблемы использования традиционных способов подогрева расплава в вакууматорах. Перспективы струйно-плазменной обработки
При ЯН-обработке, в зависимости от количества и продолжительности технологических операций, несмотря на предварительный разогрев вакуум-камеры, потеря температуры металлом колеблется в пределах 60-100°С [3]. Основными составляющими тепловых потерь являются: потери тепла на аккумуляцию кладкой вакуум-камеры, теплопроводностью через стенки ковша и вакуум-камеры, излучением с зеркала расплава в ковше и верхней части ковшевой футеровки, обнажающейся при вакуумировании, потери от охлаждающего действия транспортирующего газа, потери на нагрев, плавление и растворение присаживаемых ферросплавов и инжектируемых порошков, потери с физическим и химическим теплом газов, удаляемых из вакуум-камеры.
К реализованным способам нагрева стали в ЯН-установках относят: косвенный нагрев с помощью графитированных электродов над ванной;
индукционный нагрев;
нагрев дожиганием монооксида углерода над ванной при окислении углерода, растворённого в стали, кислородом;
топливный нагрев;
химический - окислением вводимого алюминия или кремния кислородом.
Использование косвенного нагрева вакуум-камеры с помощью графитированных электродов (рис. 1.20, а) при комбинированной ЯН-0 и ЯН-ОВ обработке [3,7,34] выявило неэффективность их применения. В частности, опыт эксплуатации комбинированных (ИН-ЯН) вакууматоров на ОАО ММК показал [35] низкую стойкостью электродов при фонтанировании стали в процес-