LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якості безперервнолитого металу за рахунок рафінування і додаткового розкислення сталі в промковші

осередкові моделі, що засновуються на уявленнях про ідеалізовані осередки ідеального змішення, ідеального витіснення і "мертві" зони. Оцінка параметрів осередків проводиться за кривими відгуку, що отримуються на водяних моделях, при імпульсному введенні індикатора. Незважаючи на те, що ці моделі є переважно статистичними, їх застосування для чисто інженерних цілей є не менш (а іноді і більш) продуктивним, ніж застосування складних математичних моделей, заснованих на теорії турбулентності. Однак для ПК з фільтруючими перегородками відомі лише одиничні напівкількісні дослідження, що стосуються опису структури потоків в ПК або його розливної секції.

Перемішування розплаву в проміжному ковші має значний вплив на укрупнення і видалення включень, забезпечуючи перенесення включень до поверхні розділу метал-шлак і їх укрупнення. Загальноприйнятою є точка зору, що основним механізмом видалення неметалічних включень з розплаву є їх укрупнення внаслідок злиття більш дрібних часток з подальшим спливанням до межі розділу метал-шлак. Кількісний опис процесу укрупнення НВ грунтується на уявленнях про ортокінетичну коагуляцію. Сильний вплив процесів коагуляції на очищення сталі від НВ і в ПК з фільтруючими перегородками підтверджується в багатьох роботах, однак кількісні оцінки, що стосуються відносного впливу процесів коагуляції і спливання НВ в шлак на результати рафінування сталі в ПК, практично відсутні.

Велика увага приділяється процесам вторинного окислення, що протікають в промковші. Вторичне окислення помітно впливає як на чистоту металу за НВ, так і на хімічний склад сталі. Для стабілізації хімічного складу сталі широко застосовується введення алюмінію в промковш (порошковим дротом або катанкою). Використання ПК з фільтруючими перегородками внаслідок високої ефективності рафінування значною мірою знімає проблему видалення НВ, утворення яких можливе в приймальній секції ПК при введенні алюмінію. Рівномірність розподілу в ПК з перегородками також досягається, але з метою економії алюмінію і стабілізації його вмісту у вузьких межах режим його введення в ПК повинен бути пов'язаний як з інтенсивністю процесів вторинного окислення, так і з температурно-швидкісним режимом розливки.


2. ФІЗИЧНЕ І МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПОЛЯ ШВИДКОСТЕЙ І СТРУКТУРИ ПОТОКІВ В ПРОМІЖНОМУ КОВШІ

Основні характеристики руху розплаву і структури потоків в промковші можна встановити, використовуючи гідравлічне моделювання на прозорих моделях. При виборі масштабу моделі, досить забезпечити умову автомодельності за числом Рейнольдса. При цьому масштаб швидкостей визначається за критерієм Фруда. Достатня подібність гідравлічних процесів в реальному ПК і водяної моделі забезпечується при лінійному масштабі М = 1/6, який і був прийнятий при виготовленні гідравлічної моделі ПК дворівчакової слябової МБЛЗ місткістю 43 т з фільтруючими перегородками.

Для дослідження поля швидкостей в промковші і виявлення застійних зон використовувався метод фотознімання візуалізованого турбулентного потоку. Візуалізація течії досягалася введенням в потік контрастної фарбувальної речовини. Напрям течії і швидкість рідини визначалися за переміщенням межі підфарбованої рідини.

На мал. 1 наведений зразок фотограми, отриманої при введенні контрастної фарбувальної речовини в три ряди каналів, розташованих в роздільній перегородці.

Для дослідження структури потоків використана та ж фізична модель, що і при дослідженні поля швидкостей методом візуалізації потоків. Моделюючою рідиною була водопровідна вода, а індикатором - водний розчин соляної кислоти. Концентрація індикатора у воді визначалася кондуктометричним методом Градуювання системи вимірювання опору датчика проводилося за серією розчинів НCl.

Для аналізу структури потоків і дослідження процесів перенесення в ПК використана однопараметрична модель із зворотним перемішуванням, що описується рівнянням:

(1)

де С - концентрація індикатора; τ - час; Deff - ефективний коефіцієнт дифузії (коефіцієнт зворотного перемішування); w - середня швидкість потоку з розрахунку на весь поперечний перетин ПК; х - подовжня координата.

Початкові і граничні умови визначалися для імпульсного введення індикатора:

С(τ = 0, х) = Снач* δ(0) (δ(0) дельта-функція; Снач - початкова концентрація); при х=0 ; при х=L (Свх - концентрація індикатора у вхідному потоку).

Для аналізу зворотного перемішування в промковші без перегородок були проведені дві серії експериментів: з імпульсним введенням індикатора під струмину, що поступає в модель ПК, і з введенням індикатора в центральний вертикальний ряд отворів перегородки.

Експерименти проводилися при постійній швидкості розливки, що відповідала натурі в промислових умовах безперервної розливки. Середнє значення числа Пекле для ПК без перегородок становило - 8,5; для розливної секції ПК з фільтруючими перегородками - 3,6.

Адекватність отриманих значень Pe (Deff) перевірялася шляхом зіставлення результатів чисельного рішення рівняння (1) для відповідних умов і експериментальних кривих відгуку. Приклад отриманих результатів представлений на мал. 2.


3. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ РАФІНУВАННЯ СТАЛІ ВІД НЕМЕТАЛЕВИХ ВКЛЮЧЕНЬ

Використання ПК з фільтруючими перегородками є одним із способів зниження забрудненності сталі НВ. Процеси рафінування в таких ковшах грунтуються на коагуляції НВ за рахунок турбулентної течії металу в робочому просторі фільтрів і подальшому видаленні укрупнених включень.

Основою для кількісного опису процесів коагуляції і видалення НВ з урахуванням розподілу їх за розмірами може служити балансове інтегро-диференціальне рівняння:

, (2)

де f(v, ) - щільність розподілу кількості включень за об'ємом, K(, v-) і K(, v) - константи швидкості коагуляції, v - об'єм НВ,  час, Sуд - швидкість видалення включень.

Повнота видалення великих НВ в промковші дозволяє обмежити верхню межу інтегрування в рівнянні (2) об'ємом включень діаметром 120-150 мкм. Крім того, промковш МБЛЗ - проточна місткість, що працює в умовах, близьких до стаціонарних.

Застосовно до проточного осередку ідеального змішення і при використанні кусково-лінійного (або кусково-постійного уявлення) рівняння (2) зводиться до системи алгебраїчних рівнянь:

, i =1,...., N; (3)

де - значення щільності розподілу НВ за розмірами у вхідному потоці для фракції з об'ємом часток ; i - індекс фракції; N - число фракцій; u - швидкість спливання часток i-й фракції; S - поверхня розділу метал-шлак для осередку, що розглядається; R-швидкість розливки;  - щільність металу; - середній час перебування металу в осередку, ; G - маса металу в секції.

Для характеристики розподілу НВ за розмірами найбільш зручна нормована щільність розподілу, що визначається умовами і ( - число включень з розмірами, що знаходяться в