У статті представлені результати математичного моделювання процесу охолодження металу в сталеразливочном ковші при продувке аргоном. Дано зіставлення експериментальних даних з результатами розрахунку. Проведено аналіз і оцінка зміни питомих і повних теплових потоків при збільшенні інтенсивності продувки. Отримані результати можуть бути використані у виробничій практиці з метою зниження втрат тепла при позапічної обробці металу

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Кабаков З. К., Пахолкова М. А., Голубенко К. Е.


Mathematical Modeling of the PURGE FOR LOSS OF HEAT IN ladle

The results of mathematical modeling of cooling of metal in the ladle with argon purging. The comparison of experimental data with calculation results. The analysis and assessment of changes in specific and total heat flux with increasing intensity of blowing. The results can be used in the production practice to reduce heat loss in the secondary treatment technology


Область наук:

  • хімічні технології

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Вісник Воронезького державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Математичне моделювання впливу продувки на втрати тепла в сталерозливних ковші'

    Текст наукової роботи на тему «Математичне моделювання впливу продувки на втрати тепла в сталерозливних ковші»

    ?УДК 669.001.5: 669.04

    МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ продувки НА ВТРАТИ ТЕПЛА

    У сталерозливних ковшів

    З.К. Кабаков, М. А. Пахолкова, К.Є. Голубенко

    У статті представлені результати математичного моделювання процесу охолодження металу в сталерозливних ковші при продувці аргоном. Дано зіставлення експериментальних даних з результатами розрахунку. Проведено аналіз і оцінка зміни питомих і повних теплових потоків при збільшенні

    інтенсивності продувки. Отримані результати можуть бути використані у виробничій практиці з метою

    зниження втрат тепла при позапічної обробці металу

    Ключові слова: математична модель, ківш, охолодження металу, продування, адаптація

    ефективного коефіцієнта теплопровідності, за допомогою якого враховується конвекція рідкого металу.

    Далі провели моделювання охолодження металу при умовах плавок, наведених в табл. 1.

    Результати моделювання та

    експериментальні дані (табл. 1) по

    охолодженню металу наведені в табл. 2. Відхилення розрахункових даних від експериментальних оцінено відносною похибкою за формулою (1):

    Т - т

    В процесі позапічної обробки виробляються різні технологічні операції, зокрема продування металу аргоном в сталерозливних ковші. У процесі продувки температура металу в ковші, як правило, знижується. У зв'язку з цим виникає необхідність у вивченні впливу продувки на теплові втрати металу і в їх точній оцінці.

    Для прогнозування процесу зниження температури і оцінки теплових втрат створено математичну модель [1].

    Адаптація математичної моделі виконана порівнянням з даними КП ЧерМК ВАТ «Северсталь» по вимірюванню температури в процесі позапічної обробки. Основні технологічні дані, використовувані при адаптації моделі представлені в табл. 1.

    Таблиця 1 Основні технологічні параметри

    8 = '-

    Т е

    ^ • 100%,

    (1)

    № п / п Маса плавки, т Початкова температура 0 / ~ 'стали, С Товщина шлаку, мм Витрата аргону на продувку, м3 / хв продол- жітель- ність продувки, хв Температура в кінці продувки, 0С

    1. 386,5 1593 100 0,48 29,8 1576

    2. 386,4 1586 85 0,26 36,78 1571

    3. 374,5 1595 95 1,19 30,95 1577,1

    4. 420,2 1611 100 0,39 8,7 1580

    5. 346,1 1615 120 0,46 19,42 1602

    6. 381,8 1571 120 0,77 15,6 1564

    7. 388,4 1579 110 0,63 10,02 1576

    8. 357,3 1587 80 0,29 24,9 1576,5

    9. 314,9 1589 100 0,61 16,95 1577

    де Те - експериментальна температура, Тм-розрахункова температура.

    Таблиця 2

    Експериментальні та розрахункові дані по

    № п / п Температура на початку обробки, Тс, ° С Температура в кінці обробки, Тк, ° С Відносна похибка, S,%

    Експеримент, Т 1 е Модель, Т 1 м

    1. 1593 1576 1575,5 0,03

    2. 1586 1571 1569,0 0,13

    3. 1595 1577,1 1578,1 0,06

    4. 1585 1580 1580,84 0,05

    5. 1615 1602 1600,5 0,09

    6. 1571 1564 1565,1 0,07

    7. 1579 1576 1575,9 0,01

    8. 1587 1576,5 1575,1 0,09

    9. 1589 1577 1578,9 0,12

    Дані по обробці першої плавки використовували для адаптації моделі за коефіцієнтом у формулі розрахунку

    Кабаков Зотей Костянтинович - ЧДУ, д-р техн. наук, професор, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Пахолкова Марина Олександрівна - ЧДУ, аспірант, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Голубенко Костянтин Євгенович - ЧерМК ВАТ «Северсталь», фахівець УГЕ, тел. 8 (8202) 565463

    Як випливає з табл. 2, відносна похибка прогнозу по температурі металу в середньому склала 0,08%.

    За допомогою математичної моделі досліджували вплив продувки на теплові втрати стали в сталерозливних ковші без кришки. При математичному моделюванні були прийняті наступні вихідні дані: маса стали 350 т, початкова температура металу і шлаку 1600 ° С, товщина шлаку 0,1 м.

    Прийняте початковий розподіл відповідає тепловому стану металу і шлаку після інтенсивної продувки.

    Результати моделювання представлені на рис. 1-4.

    На рис. 1 наведено зміна середньої температури металу за часом під час продування з різною витратою аргону.

    Мал. 1. Залежність температури металу від часу під час продування з витратою аргону: 1 - 18 м3 / год, 2 - 36 м3 / год, 3 - 54 м3 / год, 4 - 72 м3 / год, 5 - 90 м3 / год.

    Як випливає з рис. 1, температура металу в процесі продувки знижується практично лінійно в часі для всіх витрат аргону.

    На рис. 2 представлена ​​залежність

    швидкості охолодження металу від витрати аргону.

    0,8

    0,65 Iе------------------------------------------------------------

    18 24 30 36 42 48 54 60 б? 72 78 84 90 Витрата аргону, м / ч

    Мал. 2. Залежність швидкості охолодження металу від витрати аргону

    На рис. 2 видно, що зі збільшенням інтенсивності продувки швидкість охолодження металу зростає. При цьому швидкість охолодженні зростає непропорційно витраті газу. Так, при витраті газу 18 м3 / ч швидкість охолодження становить 0,65 ° С / хв, а при 90 м3 / год - 0,77 ° С / хв. Таким чином, при збільшенні витрати в 5 разів, швидкість охолодження збільшилася тільки в 1,2 рази.

    На рис. 3 показано зниження температури після продувки в залежності від витрати аргону.

    Мал. 3. Величина зниження температури після продувки протягом 60 хв від витрати аргону (АТ = Т0 - Тк, Т0 початкова температура металу, Тк - температура після продувки)

    На рис. 3 видно, що при збільшенні витрати з 18 до 90 м3 / год (в 5 разів) величина АТ зросла з 39 до 46 ° С (в 1,2 рази).

    Таким чином, з рис. 2-3 випливає, що ефективність використання аргону для продувки зменшується зі збільшенням його витрати.

    Отримані закономірності (рис. 2-3) по зниженню температури металу в ковші і ефективності використання аргону

    відповідають відомим експериментальним даним.

    З огляду на, що зниження температури в ковші пов'язано з втратами тепла через шлак, днище і стінки ковша, далі досліджували величини питомих і загальних потоків через зазначені ділянки.

    На рис. 4 показані результати

    дослідження величин питомих потоків тепла від кількості аргону через кордон сталь-шлак і поверхню шлаку після 30 хвилин продувки.

    Витрата аргону, ігач

    Мал. 4. Залежність величини питомих теплових потоків від витрати аргону: 1 - питомий потік від стали до шлаку, 2 - від шлаку до навколишнього середовища.

    Як видно на рис. 4, значення питомих потоків зростають при збільшенні витрати аргону на продувку. Потік від шлаку до навколишнього середовища вище потоку від стали до шлаку за рахунок зменшення теплосодержания шлаку. Слід зазначити, що найбільше зростання питомих потоків спостерігається при збільшенні

    витрати аргону з 18 м3 / год до 36 м3 / год (на 8-10%), а в середньому для всіх значень витрати аргону в межах 18-90 м3 / год при збільшенні витрати аргону на 18 м3 / год потоки зростають на 5%.

    У табл. 3 представлена ​​величина

    питомої потоку через стінку в районі шлаку і металу і днища ковша для різних витрат аргону.

    Таблиця 3

    Питомі теплові потоки (кВт / м2) на різних ділянках ковша для різних ____________ витрат аргону __________

    Ділянка охолодження Витрата аргону на продувку, м3 / год

    18 36 54 72 90

    стінка з шлаком 11,00 11,01 11,03 11,05 11,07

    стінка з металом 12,02 12,00 11,99 11,98 11,97

    через днище 7,01 7,00 7,00 7,00 6,99

    Як випливає з табл. 3, величина питомих потоків через стінки і днище ковша слабо залежить від витрати аргону при продувці, при зміні витрати аргону з 18 до 90 м3 / год зміна питомої потоку не перевищує 0,2%.

    Потік через стінку в районі шлаку незначно збільшується, так як зі збільшенням витрати аргону температура поверхні шлаку біля стінки зростає (табл. 4). Потоки через стінку з металом і днище зменшуються при збільшенні витрати аргону на продувку, що в свою чергу пов'язано зі зменшенням температури поверхні металу на зазначених ділянках (табл. 4).

    Таблиця 4 Температура шлаку і металу (° С) при

    різному витраті аргону на продувку

    Ділянка охолодження Витрата аргону на продувку, м3 / год

    18 36 54 72 90

    шлак у стінки 1456,9 1462,4 1464,6 1467,3 1469,97

    метал у стінки 1579,8 1578,5 1577,5 1576,7 1575,97

    метал у днища 1584,4 1582,1 1580,7 1579,6 1578,6

    З табл. 3 видно, що в районі шлаку питомий потік через стінку в середньому на 8% менше питомої потоку в районі металу.

    Порівняння залежностей на рис. 4 і значень в табл. 3 показує, що питомі потоки від рідкої сталі через стінки і днище ковша складають 7-12 кВт / м2 і на порядок менше, ніж потоки через шлак (150-180 кВт / м2).

    З огляду на, що втрати тепла залежать не тільки від питомих потоків, а й від площ ділянок охолодження, наведемо результати моделювання по загальному потоку тепла від

    ковша і відносним часткам потоків через різні ділянки охолодження.

    На рис. 5 представлена ​​залежність

    загального потоку тепла, що минає від металу в ковші при різних витратах аргону на продувку. Величину визначали за формулою:

    &=& + &+ А, (2)

    де аст - потік тепла, що йде через стінки ковша, &ш - потік тепла, що йде через шлак, пекло - потік тепла, що йде через днище ковша.

    Мал. 5. Залежність загального потоку тепла від витрати аргону (в момент часу 30 хв).

    На рис. 6 представлені відносні втрати тепла (%) через зазначені ділянки охолодження для різних витрат аргону в вигляді діаграм.

    3.26

    Мал. 6. Діаграми відносних теплових втрат при охолодженні сталі в ковші при продувці на ділянці усталеного режиму охолодження (в момент часу 60 хв): а - витрата аргону 18 м3 / год; б - витрата аргону 54 м3 / год; в - витрата аргону 90 м3 / год; 1 - теплові втрати через стінки ковша, 2 - через шлак, 3 - через днище ковша.

    Відносні частки розраховані за формулами: Р1 = - -100%, Р2 = - -100%,

    & &

    а

    Р3 = - ^ -100%, де індекс 1 відповідає

    &

    ділянці стінки ковша, 2 - поверхні шлаку, 3 - днищу.

    З діаграм на рис. 6 випливає, що втрати тепла від металу при продувці аргоном визначаються головним чином потоком тепла через шлак до навколишнього середовища. Збільшення інтенсивності продувки з 18 м3 / год до 90 м3 / год збільшує потік тепла від металу через шлак на 3,6%.

    висновки

    Таким чином, на основі математичної моделі виконано оцінку втрат тепла під час продувки металу аргоном. Встановлено, що при охолодженні металу під час

    Череповецький державний університет ЧерМК ВАТ «Северсталь», Череповець

    продувки істотну роль відіграють втрати тепла через шлак. При збільшенні витрати аргону частка теплових втрат через шлак зростає. Слід зазначити, що ефективність використання аргону для продувки зменшується зі збільшенням його витрати.

    Отримані результати можуть бути використані у виробничій практиці з метою зниження втрат тепла при позапічної обробці металу.

    література

    1. Кабаков З.К. Двовимірна математична модель охолодження металу в сталерозливних ковші / З.К.Кабаков, М.А. Пахолкова // Матеріали XI Міжвузівській заочної науково-практичної конференції молодих вчених і аспірантів, Череповець: ГОУ ВПО ЧДУ 2010.

    MATHEMATICAL MODELING OF THE PURGE FOR LOSS OF HEAT IN LADLE Z.K. Kabakov, M.A. Paholkova, K.E. Golubenkov

    The results of mathematical modeling of cooling of metal in the ladle with argon purging. The comparison of experimental data with calculation results. The analysis and assessment of changes in specific and total heat flux with increasing intensity of blowing. The results can be used in the production practice to reduce heat loss in the secondary treatment technology

    Key words: mathematical model, ladle, cooling metal, purging, adaptation


    Ключові слова: МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ /КОВШ /ОХОЛОДЖЕННЯ МЕТАЛУ /продувки /АДАПТАЦІЯ /MATHEMATICAL MODEL /LADLE /COOLING METAL /PURGING /ADAPTATION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити