Математическое моделирование кинетики растворения реагентов при внепечной обработке черных металлов

• Автор: Никулин, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 340 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАМИНАРНОЙ ЖИДКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ВАННЫ С ОДНОФАЗНЫМ ТВЕРДЫМ РЕАГЕНТОМ
1.1. Гидродинамика процесса
1.1.1. Состояние вопроса
1.1.2. Разработка и адаптация математической модели погружения падающего тела в ламинарную жидкость (Гидродинамическая модель Г-1)
1.1.3. Изучение влияния физических параметров жидкости и геометрических параметров реагента на динамику его погружения
1.1.4. Анализ результатов, полученных по модели Г
1.2. Теплофизические и физико-химические аспекты процесса взаимодействия твердого реагента и жидкой металлической ванны
1.2.1. Состояние вопроса
1.2.2. Систематизация подхода к разработке математических моделей растворения кусковых реагентов в металлической ванне
1.2.3. Математическая модель растворения легкоплавкого однокомпонентного реагента в ламинарной жидкости (Гидротеплофизическая модель ГТ-1)
1.2.4. Влияние физико-химических, теплофизических и гидродинамических факторов на скорость расплавления сферы в жидком металле
1.2.5. Математическая модель растворения легкоплавкого многокомпонентного реагента в ламинарной жидкости (Гидротеплофизическая модель ГТ-2)

1.2.6. Применение математической модели ГТ-2 для различных сплавов
1.2.7. Математическая модель растворения тугоплавких реагентов в ламинарной жидкости (Гидро-теплофизическая модель ГТ-3)
1.2.8. Использование модели ГТ-3 для кинетических расчетов растворения тугоплавких реагентов
1.3. Обсуждение результатов и выводы по п
2. ТУРБУЛЕНТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА С ТВЕРДЫМ РЕАГЕНТОМ
2.1. Гидродинамика процесса
2.1.1. Состояние вопроса
2.1.2. Гидродинамическое моделирование движения сферы в ковше
2.1.3. Разработка программы расчета движения сферы в турбулентной ванне. Математическая модель ГТ
2.1.4. Обсуждение результатов гидродинамического и математического моделирования
2.2. Гидродинамические и теплофизические предпосылки использования многофазных реагентов для внепечной обработки черных металлов
2.2.1 Состояние вопроса
2.2.2. Кинетика растворения чушек утяжеленного алюминия в жидкой стали в промышленных условиях. Математические модели ГТ-1а и ГТ
2.2.3. Промышленное раскисление стали чушками утяжеленного алюминия
2.3. Обсуждение результатов и выводы по п

3. АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ
3.1. Предпосылки развития технологии обработки жидкого металла порошковой проволокой. Сравнение эффективности существующих способов внепечной обработки металла
3.1.1. Сравнение двух способов обработки стали порошкообразными реагентами: вдувание порошков в струе инертного газа
и ввод порошковой проволоки
3.1.2. Сравнительный анализ экономической эффективности обработки стали вдуванием порошков и вводом порошковой проволоки
3.1.3. Экологические аспекты применения порошковой проволоки
для внепечной обработки металла
3.2. Промышленные варианты технологии внепечной обработки
металла порошковой проволокой
3.2.1. Промышленные варианты технологии обработки стали порошковой проволокой
3.2.2. Технологические особенности обработки чугунов порошковой проволокой
3.3. Обсуждение результатов и выводы по п
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ С ЖИДКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ВАННОЙ
4.1. Лабораторные исследования по кинетике растворения порошковой проволоки в жидком металле и по определению ее параметров

а если фазового перехода нет, то его упрощенную модификацию.
Если между реагентом и намерзшей корочкой имеют место
физико-химические взаимодействия, сопровождающиеся тепловым эффектом (АН), то уравнение (1.21) примет вид [47]:
сИ <11
1—- = РзЧ-Г~ + хзГ~ + АН ' (1‘22)
1г1 йх
При наличиии многокомпонентного реагента, который плавится в интервале температур солидус-ликвидус, когда теплота плавления не поглощается мгновенно, а этот процесс растянут во времени,
необходимо учитывать это, путем ввода в уравнение (1.21) производной йу/йх, учитывающую скорость появления жидкой фазы на протяжении бгг [47]:
И сй|) й1
Х4 —- = рч2Ь1бг2—- + Х''2. ~ (1.23)
1г4 йх йтг
При теплопереносе в объеме фаз испольльзуется уравнение теплопроводности Фурье, имеющего для сферы вид:
И йг 1 2 И

йх с1р1 йгг1 Г4 (1г
Основные трудности при решении уравнения (1.19) связаны с определением коэффициента теплоотдачи (а). Он определяется из критериального уравнения:

а =

где величина критерия Нуссельта определяется гидродинамикой жидкой ванны во время передвижения в ней сферы. К оценке степени