Прогнозирование и управление однородностью стального расплава с целью повышения стабильности химического состава литой заготовки

• Автор: Тихонов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ВО ВРЕМЯ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА В КОВШЕ ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ
1.1. Подход к описанию изменения неоднородности расплава по ходу технологического процесса
1.2. Анализ промышленных данных по перемешиванию расплава
1.3. Анализ возможных подходов к описанию процесса перемешивания во время продувки расплава инертным газом
1.4. Основные положения модели
1.5. Анализ процесса пневматического перемешивания расплава
1.5.1. Литературные данные по пневматическому перемешиванию расплава в ковше
1.5.1.1. Общая схема взаимодействия вдуваемого газа с расплавом
1.5.1.2. Скорость всплытия пузырей газа в расплаве
1.5.1.3 Поведение пузыря в расплаве
1.5.1.4. Размер газожидкостного факела
1.5.1.5. Скорость движения расплава в газожидкостном факеле
1.5.1.6. Г азосодержание в газожидкостном факеле
1.5.2. Холодное моделирование процесса пневматического перемешивания расплава
1.6. Математическая модель процесса пневматического перемешивания в ковше
1.7. Определение параметров модели
1.7.1. Расчет диаметра пузыря при формировании и в процессе всплытия
1.7.2. Определение скорости движения расплава
1.7.2.1. Методика проведения эксперимента и результаты изучения гидродинамики систем с пневматическим перемешиванием
1.7.2.2. Методика и результаты обработки экспериментальных данных
1.7.3. Определение дисперсии химического состава во время продувки металла инертным газом в ковше
1.7.3.1 Методика проведения промышленного эксперимента и характеристика опытных данных
1.7.3.2. Методика расчета дисперсии химического состава и величины к
1.7.4. Определение параметров модели
2. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ВО ВРЕМЯ ВЫПУСКА
2.1. Анализ процесса перемешивания во время выпуска
2.1.1. Литературный обзор работ по перемешиванию во время выпуска
2.1.2. Холодное моделирование процесса выпуска
2.2. Математическая модель перемешивания расплава во время выпуска
2.3. Обработка экспериментальных данных
3. УСРЕДНЕНИЕ МЕТАЛЛА ВО ВРЕМЯ РАЗЛИВКИ
4. АПРОБАЦИЯ МОДЕЛИ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ

Свойства готового металлопроката наряду с химическим составом в значительной степени определяются его однородностью. Особенно актуальной эта проблема стала в последнее время в связи с переносом операций по окончательному раскислению и легированию в сталеразливочный ковш, а также с широким распространением непрерывной разливки. В связи с этим, начиная с 1956 года стали разрабатываться методы внепечной обработки стали, главной задачей которых являлась подготовка металла к разливке. Наиболее широкое распространение получил способ продувки жидкой стали в ковше инертными или нейтральными газами. Считалось, что такая обработка при продолжительной продувке гарантирует полную гомогенизацию расплава при различных схемах раскисления и легирования, в том числе с вводом основного количества присадок на сливе и во время внепечной обработки. Однако в последнее время требования к однородности литой заготовки существенно возросли, а продолжительная продувка может вести к ухудшению однородности вследствие протекания процессов межфазного массообмена. Кроме того, постоянно ведется борьба за снижение расходов по переделу, что потребовало оптимизировать режим внепечной обработки. Таким образом, решение задачи может быть только комплексным и должно учитывать все процессы, влияющие на однородность расплава, протекающие на различных стадиях технологического передела.
Построение автоматизированных систем управления, без которых невозможно оптимизировать технологический процесс, предполагает, прежде всего, создание математических моделей. Однако, существующие модели, описывающие процесс пневматического перемешивания, как правило, не отражают всю сложность происходящих процессов. В связи с этим на практике пользуются полуэмлирическими моделями, полученными без достаточного физического обоснования. Некоторые этапы технологического процесса, например выпуск из сталеплавильного агрегата, в связи с экспериментальными сложностями практически не изучены. Отсутствует также описание процесса изменения неоднородности расплава во время разливки. Все это не позволяет оптимизиро-
уравнении (79) оказывается намного больше прочих, т.е. Жг играет преобладающую роль.
Во многих случаях удобнее вместо молярного расхода газа пользоваться объемным Уё.
где Ум- молярный объем при нормальных условиях.
Согласно уравнению (80), величины фУ4,пренебрежимо малы в сравнении с прочими членами и потому могут быть в уравнении (82) опущены.
Другими удобными показателями мощности перемешивания являются удельные величины ем,£у, полученные делением мощности на массу и объем жидкости. Принимая, что плотность жидкого железа /?/ = 7000 кг/м3, Ук - объемный расход газа, м3/мин; Р^_ - давление окружающей среды, Па; ко - глубина погружения фурмы, м; 7), Тп - температура, К, получают:
Тогда:

6,18 -УЯТ, М,

Если принять, что ?7 = 1, Т„ = Т0 (Т0- температура вдуваемого газа), то из уравнений (83), (84) следует: