автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Тепломассоперенос в металлических расплавах в процессах окислительного рафинирования, легирования и раскисления

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЫИГЕТ ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИИ СССР

МОСКОВСКИ?! ОРДЕНА ОЯТЯБРСКСЙ РЕВОЛЩИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

АГАПОЙА Валанткна Трофимовна

УДК 669.10.046:632.617.4

тшоыассолшяос в ишлличажих РАСПЛАВАХ Б ПРОЦЕССАХ окислительного РАШИР01ШШ, ЛШ1Р0НАНИЯ И РАСШКЛЕШЩ

05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1930

V

7 ^ • ! /V ,

Работа выполнена о Днепропетровском государственной

университета.

НаучкыЭ рулосодитоль кандидат технических иаув, доцент Коваль В. П.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Ыастраков Б.С. кандидат технических наук, стараий научный сотрудник

Побегайло В.Ц.

Ведущее предприятие Днепровский металлургический комбинат ны. 9.Э. Дзеряинского

Защита диссертации состоится "/У " "С^ГЛ^Р" 1990 г. в /Ь часов 00 муш на заседании специолизировшшого совета К - 053.08 по присуждении ученых степеней в области Металлургии черных металлов при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП - I, Ленинский проспект, 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан "_" "_" 1990 г.

Справки по телефону 237-84-45

УчекиЯ секретарь специализированного совета технических наук

Куруноэ И.Ф.

"ЛОЛ

ертгцм

ОЩАЯ ХДРЛКХВДШЯ1 РАБОЙ2

Актуальнее.» у^ш. Выбор «утеЯ скмкгааая гехнико-экокоии-ческйх гсалетшвкдмюго произеадсгва сскошвается to

результатах й&слгдотйй ^ttaKRdstt&iiWsem прецзсеоа а расшила» ¿itcneptûieHïaftbKoô исследована • высокотемпературна* процессов & ваннах CTiweiUiâfekjibHHX afperataa связано с оа¥руд№?Нйй«И » обусловленными отсутстгтои приборов контроля распределения температуря я йо!гд«мгпи,1'т?1 компонентов о расплаве.

8 то «е topetón математические ИЭДеди, оСИоваНные на уравнениях гидрсдцпсцл:;« it ТСП-ТСйаССообкена» КЭаЬОДяат исполнить расчет распределяй температуры tt кокцеНТрацгД ïrGîtrronesîTon в расплаве, а такзта сггр-зд^-^пт^ пяр-уйТра, Mitítesjre tta йй*ексйвность теяяйгассо-nepeitoca ь расплаве» Эта информация яьяяется неходкой яря сыборэ оптюшышх технологий й режимов работы сталеплавильных агрегатов. Следователь!», построение иат£йМ1!чесп1!х моделей и часлеигзй i'.c-слздованйё lia Temtoitàcconepiiïoca в расплаве актуально длл теории tt практики сталеплавильных процессов,

Диссертационная работа представляет часть пссяеДовгИЙ» полнённых в Днепропетровском государствен! умяверепте^э а соответствии с координационными Планами Н-личернет УССР по разделу "Сталеплавильное Производства" « ЛИ УССР по разделу "П'-Дредехп-imita".

Цель a задачи исследования. Цель работы состояла d определении Hyïëîî гой£:ен»Д эффективности работы сталеплавильного процесса iía еснове исследования распределения тештератури я концентрации компонентов в расплаве. Для достижения указанной цели били поставлены и решены следующие задачи:

- разработать ?штематическум модель теплсмассопзреноса в железоуглеродисто« расплаве при продувке ипелеродом я ванне сталеплавильного агрегата;

- разработать алгоритм и про гранту численно;! реализации математической модели на ЭВМ;

- выполнить расчет распределен?,;! теглературн и концентраций компонентов в расплаве за период продувки в ванне кислородного конвертера;

- разработать математическую модель тепломассопереноса при взокаодейст ии расплава с тверда» телом;

-выполнить расчет распределений температуры м концентраций компонентов при растворении твердых тол в расплаве: металлолома в ванне кислородного конвертера; лигатур в изложнице; р&скислителей в ковше;

- на основе анализа результатов расчета определить способы повышения эффективности работа сталеплавильного агрегата.

Научная новизиа. С применением нестационарных уравнений энергии и конвективной диффузии поотроены математические модели тепло-массопереноса в расплаве при обезуглероживании н растворении твердых тел, позволяющие выполнить расчет распределений температуры я концентрации компонентов по объему расплава и во времени.

В результате численных исследований на ЭВЦ тепломассоперено-са при обезуглероживании в ванне кислородного конвертера определено рас ределение температуры и концентраций компонентов по объему расплава и во времени. На основе термодинамического анализа условий образования пузырьков окиси углерода в расплаве >* учетом полу чанных данных установлено, что вследствие пересыщения по кислороду и перегрева расплава вблизи реакционной зоны происходит зарождение пузырьков СО, что предопределяет преимущественное обезуглероживание в втой зоне.

На основе математической модели тепломассопереноса при взаимодействии твердых тел с высокотемпературным расплавом получено расптеделение температуры и концентрации компонентов при растворении металлолома в ванне кислородного конвертера, феррованадия в излог'кцв и ферромарганца в коше. Установлены скорость и время растворения твердых тел в расплаве.

Практическая ценность работы. Результаты исследований тепломассопереноса при обезуглероживании использованы при разработке технологии продувки мартеновской печн на комбинате "Запорожсталь", Полученные в работе данные по распределении температуры и концентрации марганца в расплаве при раскислении стали ферромарганцем в. ковше использованы Липецким отделением "Стальпроект" при рабочем проектировании устройства для продувки стали в ковше азотом на Макеевском металлургической заводе.

Разработанные алгоритмы и программы представляют практический интерес при исследовании распределений температуры и концентрации компонентов в ванне кислородного конвертера, коше и изло*-

ницэ, а тагакэ при выборе оптимальных технологий и рехмов продувки сталеплавильной ваша, ввода раскисдящих и легирующих компонентов в расплав.

Публикация и апробация работы. Основные результаты работы опубликованы в трех статьях и 10 тезисах докладов на Всесоюзных и республиканских конференциях по проблемам топло«ассоперсиосе в ваннах сталеплавильных агрегатов.

Объем работ». Диссертация изложена на 112 страницах ма кга-писного текста, содержит 40 иллюстраций, 9 таблиц. Работа состоит нз введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 170 наименований н трех приложений. Общий объем - 179 страниц.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу сттоя-чя теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации. До настоящего времени остаются дискуссионными вопросы о месте преимущественного окисления углерода, о лимитирующем эвене обезуглероживания и др. ¿опросы, имеющие важное значение для теории и практики сталеплавильных процессов. В результате выполненного анализа сформулированы цель и задачи исследований.

Математическая модель теплоыассопереноса в расплаве под воздействием вдуваемой на поверхность химически активной струи газа

Математическая модель включает нестационарные уравнения сохранения энергии и массы /1-го компонента в расплаве.

Ж^Ж...Ж-n tii) +

dv*vd%*aot -аЛдъ*+гдг dz*)+ (7)

+ (b3-a,)-ditr(£h* дгааШп) + f^-

дпи ir дШп , ,, дпи л (Згтл . 1 Шг. . д'тЛ ■ GL п. (2) ~W~ и ТГ и ог -ил 9г* г дг ог3- / j>

3 отличие от известных динамических и статических моделей,' основанных на уравнениях материального и теплового баланса и позволяющих определить среднемассову» температуру и концентрацию углерода ' в расплаве, разработанная математичзская модель . зволяет выполнить

расчет распределений температуры и концентрации компонентов по объему расплава и по времени, а также определить изменение их среднемасовых значений за период продувки.

Источниковые члены в уравнениях (I), (2) учитывают изменение энтальпии и концентрации компонентов вследствие химических реакций:

<2а " ¿к V- (3)

Скорость и тепловой эффект химической реакции вида

А + & - С +1>

согласно закону формальной кинетике определяется равенствами

МА Ма ■ -/4 • <4>

В реальных усдовкик » многокомпонентных средах уравнения кинетики химических реакций ке соответствует (4) и определяется экспериментальным путем.

Краевые условия: Г к(г>%,0)«ко1 пъл(7. %,0)-т° ; (5)

оъ д%

(7)

^ Л»

Потоки тепла и массы в расплав через поверхность реакционной зоны определяются выражениями:

л --'А & * П* • 1 -Г» +0* (9)

Для гетерогенных реакций первого порядка в случае, если каждый компонент участвует только в одной реакции:

^ =аХ . ак =еаНУП■ (ю)

Тепловой и диффузионный поток через поверхность раздела шлак-расплав определяется соотношениями вида (9).

Компоненты скорости расплава в ванне известны из решения гидродинамической задачи. Система уравнений и краевые условия приведены к безразмерному виду и решены численно с нспояь-

аованиеи разностной схеми разделения переменных и метода про-дольно-попер_чных прогонок в соответствии со следующим алгоритма:

1) по начальному распределению температуры в узлах сетки

н1 К - м временном шаге определяется константа скорости реакции;

2) вычисляются источниковые члены и коэффициенты в разностных уравнениях;

3) рассчитывается распределение концентрации компонентов

и удельной энтальпии во внутренних узлах сетки на промежуточном ( К* 1/2)-м временном шаге;

4) определяются значения искомых функций на ( к+/)-м временном слое, после чего расчет повторяется с 1-го пункта.

Разработана Фортран-программа для расчета распределения температуры, концентрации компонентов и их среднемассовых значений в расплаве.

Численное исследование тепломассопереноса при выплавке стали в конвертере

На основании разработанноР математической модели исследован тепломассоперенос при обезуглероживании расплава в ванне кислородного конвертера. При этом принимали следующую последовательность взаимодействия струи кислорода с расплавом чугуна:

- в лунке железо окисляется кислородом

Ре+игОг ="-'еОч (II)

- закись железа, поступаюшая в часплав, взаимодействует о углородом по реакции

РеО +С = Ре * СО; < 12 >

- закио.1 железа, поступающая в илак, взаимодействует с углеродом на поверхности раздела также по реакции (12).

Скорость реакции (12) в расплаве определяется уравнениями

при V к-н.73вхр(-шу,

и при [с]<0.5- =~0.ег%; ( I" )

а на поверхности раздрпа шлак-расплав уравнением У^(ГеОГ[сГ* , где А = ^ Ю^Р ( 14 )

Численное исследование тепломассопереноса выполнено применительно к выплавке стали в 130тонном конвертере при исходных данных: Я - 2м; 2 -1,5 м; 1400г3; [С]. 4%; С^ш 94%;

- 3,5 мэ/т мин.

Полученноо из расчета распределение концентрации углеродг. ьа У^-й минуте продувки представлено на рис.1, а те^ературы -на рис.2. Изменение скорости обезуглероживания в респлав представлено на рис.5.

Полученные из расчета данные по распределению углерода, кислорода и температуры свидетельствуют о том, что вблизи реакционной зоны вследствие максимальных значений градиентов температуры и к нцштраций компонентов процессы тепломассопереноса протекают наиболее интенсивно. Согласно расчетным данным скорость изменения концентрации углерода (рис.3) изменяется как «о объему расплава, так и во времени. В начальный период скорость обезуглероживания возрастает, а зате по мере снижения концентрации углерода вблизи реакционной зоны убывает. При этом время достижения максимальной скорости изменения концентрации углерода по мере удаления от реакционной зоны увеличивается.

Полученные данные подтверждают вывод о том, что в начальный период при высоких концентрациях углерода процесс лимитируется хинетикой обезуглероживания в этой зоне. По мере выгорания углерода вблизи поверхности лунки лимитирующим звеном становится массоперенос углер-ца в зону реакции.

Термодинамический анализ условий образования пузырьков СО с учетом расчетного распределения температуры и концентраций углерода и кислорода выполнен на основании уравнений равновесия пузырька СО в расплаве, уравнения Томсона и уравнения состояния для окиси углерода в ферме Ван-дер-Ваальса. Установлено, что вблизи реакционной зоны ( ¿^ 3%л ) вследствие пересыщения по кислороду и перегрева расплава создаются термодинамические условия для зарождения пузырьков окиси углерода с критическим радиу сом Ъц, (0,5 - 0,7)-Ю"9м с интенсивностью 0,5-Ю16-0,5 1/м3.

По мере удаления от реакционной зоны размер Критических пузырьков возрастает, а интенсивность их образования убывает.

У стенОк ванны конце: :рация углеропа близка к равновесной, радаус критических пузырьков С .5 • я интенсивность

их образования -

<) 3 2 1

О

\ л

\

X к к — ч

таг.

щ о,% /(2 /,б г/л

Рис.1. Распределение компонентов Расстояние от дна: 1-0,4; 2-0,6; 3-1,2 м

ТЧ 1200

¡ООО №О

1600 ___

о ощ о,» и \ь г/1

Рис.2. Распределение температуры

Расстояние от дна: 1-0,4; 2-0,6; 3-1,2 ч

и 0.«

0,0 ОА

аг

у

1 '

А вЛ •

V X«

го

чо

6о ю т,%

Рис.3. Скорость обезуглероживания Р сстояние от реакционно? зоны: 1-0,13; 2-0,Ь; 3-1,¿м; • -опнткке даннкз для 55-т конвертера

ьа а ь,%

Рчс.ч. Изменение средкемассо-вой концентрации углерода и температ! ы расплава о -расчет; опытгае дашп/?: о для о5-т конвертора; -для 65-т и « - для 7-т конвертера

в

Полученные данные показывают, что обезуглероживание расплава протекает преннущэственно вблизи реакционной зоны, а стенки ванны играют незначительную роль в обезуглероживании расплава.

Согласно расчету к середине плавки концентрация углерода вблизи реакционной зоны составляет менее 0,5^, а около стенок в«нны - ~ Снижение скорости обезуглероживания в этих условиях происходит вследствие лимитирования процесса массоперено-сом углерода в зону взаимодействия с кислородом. Перемещение продувки в зону с высоким содержали I углерода позволит перейти к режиму лимитирования процесса скоростью реа"ции взаимодействия углерода с кислородом и, тем самым, повысить скорость обезуглероживания.

Полученные данные по распределению температуры в расплаве * зволили задать эквидистентно изотермам форму днища, обеспечи- . ваюцую равномерную тепловую нагрузку по всей поверхности:

2Д =агв. < 15 )

При этом глубина спокойной ванны

¿» * ¿тах ~ 2л » где ¿вт определяется интенсивностью продувки и характеристиками фурмы. Значения Д и 6 определены в результате численной аппроксимации изотермы соответствующей ¿тал .

Расчетные данные о положении зоны преимущественного обезуглероживания и изменении концентра^ .и углерода в расплаве являются исходными при выборе расхода кислорода и способа дожигания СО до С02.

Полученные расчетные данные по изменению среднемассовой температуры и концентрации углероде в расплаве сопоставлены с изве- . стными опытнымин данными по обезуглероживанию расплава в ванне кислородного конвертера (рис.4). Адекватность построенной модели ; подтверждается удовлетворительным согласованием расчетных и опытных данных.

Математическая модель тепломассопереноса при взаимодействии твердого тела с высокотемпературным расплавом

Растворение твердых тел в движущемся высокотемпературном расплаве - неотъемлемая часть процессов в ваннах сталеплавильных агрегатов. Качество расплава в большой мере зависит от характера

распределении компонентов твердого тела о расплаве.

Для исследования взаимодействия твердого тела с расплавом нестационарные уравнения гепдомассопермоса записаны в виде

дг дг ^ и дг и'\д1* + Ъдг * дъа / ' дг М дъ2 ъ эг дг

дПЬл + и д/Пь _ Г) (д*Пи ^ 1 дЯп. ■ д'Пп\ (18)

от ти1ГГ и ог "'\9гя г ж* /•

-'йсточниковый член О. в уравнении (16) учитывает изменение температуры вследствие фазового перехода расплава при "намерзании" и плавлении корки вблизи поверхности твердого тела в начальный период

о - *

а ~ Тр Ж ' * 19 >

где V - характеризует степень фазового перехода.

В начальный период температура твердого тела низе температуры плавления и граничное условие на поверхности раздел» имеет вид

¿(7-7» • 9Л*~0. <Р*> .

После достижения темпери.-уры плавления . лигообмен между расплавом и твердым телом о«исывается соотноиек га

л'<§н ^т^-рЦг- (2п

а поступление ••омпоиектов твердого тела в расплав -

дГТ1п _ Ру # !%пт , { 22 )

дг

Задача решена с использованием разностной схемы пробных шагов и метода продольно-поперечной прогонки. Программа численной реализации модели на ЭВМ разработана а соответствии с алгоритмом:

1) по известному распределению температуры на К- м временном шаге определяется истоцникооый член в уравнении (16);

2) по уравнениям ^Ь) ц [IТ) определяется распределени? температуру в расплаве и тъерАом теле на ( К*"* ")- и шаге с условием 12.0) на повер/нойти

ю

3) расчет повторяется с первого пункта до достижения н«. поверхности раздела температура плавления твердого тела;

4) иа урлшени" (16) к (17) определяется распределение температуры в жидкой и твердой фазах с условием (21) на поверхности раздела,

5) из уравнения (1в) определяется распределение компонентов твердого теля в расплаве с условием (22) на поверхности раздела;

6) регчет повторяется начиная с четвертого пункта до полного растворения.

Численное решение задачи не ЭВУ позволяет определить распределение температуре, концентрации компонентов растворяемого тела в расплаве, а также скорость и время растворения.

Чисдьшое исследование растворения твердого тела в расплаве

Расчет плавления металлолома выполнен применительно к 130-тонному конвертеру при доли холодного лома и металлошнхте 25?, и начальной температуре расплава 1С73 К. Вследствие диффузии углерода из расплавь чугуна в поверхностный слой твердого металлолома уиеньвобтея температура плавления.

В гоо'1етсгвии с диаграммой Ре-~С зависимость температуры солидус и ликвидус от концентрации углерода представлена в ьиде

= /539 - 30 Ср . ( 23 )

t » 1539 - С$ • ( 24 1

При концентрации углерода в поверхностном слое получим условие для Щг ;

{Н* 1с/г - [с]т ' (25 >

В результате расчета получено распределение температуры, изменение массы растворенного в расплаве металлолома. Установлено, что линейная скорость и время рестворелия металлолома в большой мере .зависит от расстояния от оси ванны (рис.51 .Сопоставления раскатных и изззетных опытных декных по динамике растворения металлолома Показало удовлетБорителлное их согласование ^рис.б,.

аг

О*

а<

%

ч 1

N N

12 >6 Х.мм

Рис.5. Изменение .олщины растворенного слоя металлолома по времени,Расстояние от оси ванны: 1-0,4; 2 - 0,9; 3-14; 4-1,9м

О/

Л„'<

ю

60

я?

{

У 'в

■и ▲ /

& /

„ с, л Г

¡£<?ео г;%

Рис.б. Лшамиха плавления металлолома.— расчет; опытные данные: д -для 55-т конвертера; в - для 130-т конвер.вра

Качество слитка, получаемого в излохшце зависит от равномерности распределения легирующих элементов в расплаве при зат вердевании. Неравномерность полей концентраций и температуры зависит от способа ввода расплава и легирующих компонентов в изложницу. В соответствии с разработанной математической моделью выполнен расчет ра творения феррованадия с /{зотеркического брикета, плавающего на поверхности расплава в процессе сифонной разливки. при следующих исходных данных: емкость изложницы - 6,5т; диаметр изложницы 0,676 м; диаметр отверстия 0,03 м; масса брикета 15 кг; масса феррованадия (60? Ре -4035 V ) - 3 кг; «250; начальная температура расплава 1873 К; брикет . - 293 К; время заполнения 5 ю . На рис.7 шж зан- распределение температуры и концентрации ванадия в расплаве на 4- й минуте заполнения. Установлено, что время полного растворения брикета,содержащего феррованадий,составляет 4,3 мин. Однако к кончаниг заполнения изложницы расплавом имеет место существенная неравномерность концентрации ванадия по объему расплава. Подученные данные свидетельствуют о том, что при таком способе легирования слиток будет неравномерного качества.

В сталеплавильны»: агрегата* содержание кислорода * конце

плавки превшаат равновесное.' С целью понижения концентрации кислорода вводят раскисляющие элементы. Разработанная математическая модель использовав для расчета растворения ферромг >ганца в 250 -тонном ковше при выпуске.плавки из мартеновской печи при следующих исходных данных: время заполнения ковша - 10 мин; диаметр ковша - 3,8 ы; масса ферромарганца ( 25% Ге- 75%М») - 7,5 т; Ре»300.

Расчетное распределение температуры и концентрации марганца в расплаве на 6-й минуте представлено на рис.8. Установлено, что время плавления-ферромарганца вставляет 7,"б мин, а спедняя линейная скорость растворения - 17 мм/мин.

I.» V

006«

Рис.7. Распре/ ле ле температуры и концентрации ванадия в изложнице . Т =225с:--температура: 1-1860: 2-1Я40: 3-1810; 4-1790 •. ¿-1760; 6-1710 К; — - кою'чнт-.1-0,001: 2-0,ЛЬ:

Рис.8. Распределение температуры и концентрации марганца при раскислении стали в ковше

Т =360с;--температура:

1-т850; 2-1830; 3-1810; 4-1790; 5-.765; '-16Ю К:----концентрация: 1-0,05: 2-0,4; 3-0,8; 4^75; 5-2,6; ¿-6,0&

Мате!«ш.т"ческяя модо<._, и результаты ..о распределению ма; ан-цм в ковше использованы ИЧМ Минмет СССР ч Л-пецким отделением

"Стальпроект" при расчете й проектировании устройстве для продувки стали в коше азотом на Ыакезвском металлургическом заводе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. С применением нестационарных уравнений энергии и конвективной диффузии построена математическая модель тепломассо-переноса в осесиммвтричной взннв при подаче на поверхность расплава химически активной струи газа. В отличие от известных статических и динамических моделей, основанных на уравнениях теплового и материального баланса и позволяющих определить сред-немассовые параметры плавки, разработанная мо ;ель позволяет определить распределение температуры и концентрации компонентов по объему расплава и во времени. Разработан алгоритм и программа численной реализации на ЭВМ.

2. Выполнено численное исследование тепломассопереноса при обезуглероживании расплава в ванне 130-т кислородного конвертера. Установлено распределение температуры, концентрации углерода и кислорода по объему расплава и во воемени»

На основании термодинамического анализа условий образования пузырьков СО в расплаве с учетом полученных данных установлено, что вблизи реакционной зоны ( С ) вследствие пересыщения по кислороду и перегрева расплава происходит зарождение пузырьков окиси углерода радиусом 0,5 -0,7 с интенсивностью 0,5 10 - 0,5 1/м3. По мере удаления от реакционной зоны радиус критических пузырьков возрастает, а интенсивность их образования убывает. Вблизи стенки концентрация кислорода близка к равновесной, радиус критических (.узырьков осоставляет

~0,б а интенсивность их образования ничтожна мала

- Ю-3'3'10 1/м3.

3. Полученные данные позволили сделать вывод о том, что обезуглероживание расплава происходит преимущественно вблизи реакционной зоны, а стенки ваяны играпт неуночительнуи роль в обезуглероживании расплава. Интегральная скорость обезуглероживания а начальный период определяете« скоростью реакции окисления углерода вблизи реакционной зоны. После снижения концентрации углерода в этой зоне до [С]< 0,5^ процесс обезуглерши-

вання лимитирует массопербнос углерода в зону взаимодействия с кислородом.

4. Результаты исследования положены в основу рекомендаций ро повшенкв вЛфективнпсти работы сталеплавильного агрегата.

Расчетные распределения углеропа покааали, что к средине плавки вблизи реакционной зоны концентрация углерода составляет менее 0,5%, у стенок ванны и процесс лимитирует массопере-иос углерода в зону реакции. С целью повышения скорости обезуглероживания целесообразно переместить пропувку в зону с более высоким содержанием углерода. Для 130-т конвертера это позволит сократить время продувки на ~2 мин.

С цель» поьыибния износостойкости подины предложено выполнять её в форме оквшшетеятной изотермам, что позволит обеспечить равномерную тепловую нагрузку по поверхности стенки. Для 130-тонного конвертера форма днища, эквидистантная изотершш, с удовлетворительной степенью точности аппроксимирована заввеимо-о стью: = а % .

Б. Известный способом улучшения теплового баланса плавки для уг&пичйния доли лоыа в шихте, является дожигание выделяющейся из расплава (X) до СО^.

Рассчитанным путем определены размеры зоны пре хуцаетвегаш-го вцце вния и плотность потока СО за период продувки, что явля-отся исходными данными при выбора схемы подачи и расхода ю.слоро-■Да, обеспечивающих расположение зоны горения СО над расплавом.

6. На основе уравнений анергии, конвектишого цассопереноса и уравнения теплопроводаости в твердом теле построена математическая модель тепломассопереноса при растворении твердых тел в расплаве. Разработан алгоритм и программа численной реализации модели на ^Щ.

7. Выполнено численное исследование на ЭВМ тепломассопереноса при растворении: металлолома в ванне 130-тонного конвертера; феррованадия в изложнице емкостью 6,5 тонн; ферромарганца в 250-тонном в коше. Определено распределение в расплаве температуры и концентрации компонентов твердого тела, а также скорость растворения.

Установлено, что скорость растворения металлолома в шке кислородного конвертера зависит от маета положения твердого тела а расплаве. Так, на расстоянии от оси конвертера 0,4 и врюя растворения слоя металлолома толщиной 28 см составляет 13,8 мин, а на расстоянии 1,9 ы время растворения такого же слоя составляет 18,7 мин. Средняя линейная скорость растворения металлолома составляет 21,6-14,7 мм/мин.

Расчетное время растворения феррованадия с экзотермического брикета в изложнице в процессе сифонной разливки составляет 4,3 мин, а средняя скорость поступления ванадия в расплав составляет 0,28 кг/мин.

В результате расчета получено, что время растворения ферромарганца в ковсе составляет 7,6 мин, а линейная скорость растворения - 17 мм/мин.

8. Результаты исследований использованы Институтом черной металлургии Кинмет СССР при разработке технологии продувки мартеновской печи на металлургическом комбинате "Запорожеталь". Работа находится на стадии внедрения. ЭнононнчоскнЯ эффект от внедрения составит 34 тыс. руб.

Результаты исследований тепломассопереноса при обозуглеро-хиванки в ванне кислородного конвертера заслушаны на техническом совета металлургического завода им. Петровского и рекомендованы к использовании при разработке АСУ ТП '"Ьшика" применительно 8 условиям конвертерного цеха с агрегатами вместимостью 130 тонн.

Результаты исследований тепломассопереноса при растворении раскислителеЯ в ковше исполуэованы Липецка отделением "Стальпро-ект при проектировании устройства для продувки стали азотом в ковше на Макеевском металлургическом заводе.

Разработанные математические модели, а таете результаты расчета представляют интерес при исследовании топломассопереноса в ваннах сталеплавильных агрегатов, а также при выборэ технологий и режимов работы сталеплавильных агрегатов, при прогнози^ювании качества готовой продукции.

Список работ, опубликованных по ыдторкалш дисса^глцал

1. Агапова В.Т., Коваль В Л. Тепломассообмен е мина кислородного конвертера // Тез. докл. 2-й Всесоюэ. конфер."Тепло- м массообменные процессы в ваин&х сшшашш ы'регагсй",-йдаиов, 1976. - С.69-70.

2. Коваль 8.П., Агааоаа В.Г., ¿Керновскяй В,Б. Математическая иодель растворекая иетеллояояа б екет кислородного конвертера // Те? го. - С, 44-45»

3. Агапова С.Т., КоЕйдъ В.П. Иатсаатаческое кодглировение тепло-ыассоаереноса в расплаве при взаяиодейсшш со струей хил»-чески активного газа // Инж.- физ. - - Т.37,

№ I. - С, I36-141.

4. Коваль В.П., Arenosa S.T., ХерсювСкиб В.Б. Конвективный иас-сопереиос при pacTBopeiwn металлолома о ватч кислородного конвертера // G6. научн.трудов UHCHG» - U.í Металлургия»

1980. - № 120. - С. 62-65.

5. Массоперенос при легировании стали в изложишь / В.П. Коваль, С.И. Губенко, В.Т. Агапова, В.В. Аверин // Ть'>. докл. 8-й Всесоюз. конф. "4изико-хиыическне оснош Производства стали." - U., 1976. - С. ТО.

6. Гидродинамика и теплоперенос расплава в осесишетричной ванне при взаимодействии с закрученной струей газа / В.А. Лигула, А.В. Потапов, В.П. Коваль, В.Т. Агапова // Тез. докл. 10-ГО Всесоюз. науч.- техн.'Совец. по энергогехшдогнчйсйиа циляйн-нш процессам. - Ü., 1978. - С.9-10.

7. Агапова В.Т. Теплоцассоперенос в каьер»е пра взшш>Дойстбпи

с расплавом // Тез.докл. ül Всесовзн. конф. "Тепло- И иассооб-менные процессы в вашю сталеплавильных агрегатов" - Жданов, I9S2. - С.52.

8. Ботвинский В.В., Агапова В.Т., Потапов А.В. Исследование процесса массолереноса tipa раскислении и легировании стали в ковше в условиях обработка нейтральнш гааои // Taü i¿e.- С.92.

9. Потапов А.В., Агапова В.Т. Численное исследование влияния размеров реакцно(шой зоны на процесс вш1лйЬи1 стали в кислородном конвертере // Тез. докл. 6-Й Всесеюз. конф."Теория и практика -лслородно-Коньертерных процессов.* - Днепропетровск,

1981. - С. 75-76.

10. Агплова В.Т., Потапов A.B. Члазамое исследование влияния Форш ваши нз процесс виплавкл стали в кислородом конвертере // Там яе. -С. 83-84.

11. Aranoso В.Т., Пиловскяй A.D. О гидродиначнке и тепломассо-переносо при растворении рафияпрущях компонентов в агрегатах внепечной обработки // Тоз. докл. Всесоюэ. конф. "Теория и практзгха шепечиой обработки стали". - Н., 1985. -С. 8-9.

12. Агапова В.Т., ЕЬиопсютй В.А. Математическое моделирование гидродинамики и тепломассопереноса при рафинировании расплава твердая прасадкаки в агрегатах кгапечной обработки стали. - Днепропетровск.- 10 е.- Деп. d Ин-те Чэр»отнн-формация: 10.06.86, » 3441-ЧМ.

13. Агапова В.Т. К вопросу о влиянии теыперат^ра и концентрации компонентов на кипение расплава в кислородном конвертера // Тез. докл. респ. конф. "Теория и практика тепловой работы металлургических печей".- Днепропетровск, 1900, -С. 75.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

А- - удельная энтальпия; /71-млсоовая концентрация} р-плотность; О, - коэффициент температуропроводности} ¡) -коэффициент диффузии; С ~ удельная теплоемкость; Л - коэффициент теплопроводности; у , и - радиальная и осоаая компоненты скорости; X - скрытая теплота фя.чопого пороходп} об -- коэффициент теплообмена; 5 - толтцинп твордого т^ла.

Индексы:

П- номер компонента; - зффоктигний; Т- тв«Н,<п» р- расплав; 0- начальный момент времени.

АГАПОВА.Валентина Троф;г.ювна

ТЕПЛОиАССОГШРШОС В ЫШМИЧЙСШ РАСП/ИОАХ В ЛРОЦЬБСАХ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО РАФИНИРОВАНИЯ, ЛЕГИРОВАВ Я И НАСКЮШШ

05.16.02 - Металлургия черных «зголяов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степей« кандидата технических наук .

Подписано в печать 6.07.90 г. БТ №70047. Формат 60*64/16. Бумага типографская. Печать плоская. Уч.-изд. 1,0. Усл. пвч.л.1,1. Тирая 100 экз. Заказ Р ^ 50 • Бесплатно.

Редакционно-издательский отдел ДГУ.

320625, ГСП, г.Днепропетровск - 10, пр. Гагарина, 72.

Ротапринт ДГУ. 320110, г. Днепропетровск, ул. Казакова, 4б.