Чисельні дослідження кінетики десульфурації сталі при пневматичному перемішуванні
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2023.04.02Ключові слова:
сталеплавильна ванна, потужність пневматичного перемішування, десульфураціяАнотація
Аналіз останніх досліджень і публікацій. В умовах малих металургійних заводів (ММЗ) видалення сірки у ряді випадків лімітує процес доведення сталі. Кінетика десульфурації визначається питомою потужністю перемішування сталеплавильної ванни. Вплив геометрії ванни на енергоефективність перемішування розплаву і десульфурації сталі при фіксованій масі плавки досліджено недостатньо.
Мета і метод. Мета роботи — підвищення енергоефективності виробництва сталі в умовах ММЗ за рахунок мінімізації часу десульфурації. Метод полягає в чисельному моделюванні кінетики видалення сірки з урахуванням геометричних параметрів сталеплавильної ванни та режимних параметрів пневматичного перемішування.
Новизна і наукове значення досліджень. У контексті кінетики десульфурації сталі отримали розвиток уявлення щодо енергетичної складової процесу через питому потужність пневматичного перемішування рідкої ванни Nmix. Показано обмеженість моделі ізотермічного розширення газової бульбашки, що спливає, стосовно оцінки Nmix в промислових умовах. Запропоновано математичну модель для оцінки Nmix через усереднену швидкість циркуляції сталі і силу Архімеда, як функцію відносного вмісту газу в двофазній області при струменево-бульбашковому режимі продувки ванни аргоном. Модель спрямована на оптимізацію витрати аргону за критерієм максимальної питомої потужності пневматичного перемішування. Такий режим забезпечує мінімальну тривалість десульфурації при заданих параметрах шлаку і геометрії системи сталеплавильна ванна-донна пориста пробка.
Практична цінність. Визначення оптимальної витрати аргону через пористу пробку для забезпечення максимальної питомої потужності пневматичного перемішування сталеплавильної ванни даної геометрії і маси у контексті мінімізації тривалості десульфурації сприяє підвищенню енергоефективності технології виробництва сталі в умовах ММЗ.
Посилання
Smirnov, O.M., Timoshenko, S.M., Narivskyi, A.V. (2023). Renovation and innovative development of steel production in Ukraine in the context of energy efficiency and Green Deal. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr., 4, 21-38. https://doi.org/10.15407/visn2023.04.021 [in Ukrainian].
Holappa, L. (2014). Secondary steelmaking. In book Treatise on process metallurgy: industrial processes. Seetharaman, S., editor. Oxford, Elsevier, 301-345. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096988-6.00012-2
Ghosh, A. (2000). Secondary Steelmaking. Principles and Applications. New York: CRC Press, 344 p. https://doi.org/10.1201/9781420042313
Zhu, C., Chen, P., Li, G., Luo, X., Zheng, W. (2016). A Mathematical Model of Desulphurisation Kinetics for Ultra-low sulphur Steels Refining by Powder Injection during RH Processing. ISIJ International, 56(8), 1368-1377. https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2016-124
Schrama, F.N., Beunder, E.M., Van den Berg, B., Yongxiang Yang, Boom, R. (2017). Sulphur removal in ironmaking and oxygen steelmaking. Ironmaking & Steelmaking, 44(5), 333-343. https://doi.org/10.1080/03019233.2017.1303914
Meitz, J., Schneider, S., Oeters, F. (1991). Model experiments on mass transfer in ladle metallurgy. Steel research, 62, 1-9. https://doi.org/10.1002/srin.199101719
Turkdogan, E. (2010). Fundamentals of Steelmaking. London: Maney Publishing, 331 р.
Mazumdar, D., Evans, J. (2010). Modeling of Steelmaking Processes. London, New York: CRC Press, 463 p. https://doi.org/10.1201/b15828
Timoshenko, S.M., Niemtsev, E.M., Gybinskyi, M.V. (2023). Energy-efficient solutions for steel refining in foundry class electric arc furnace. Modern problems of metallurgy. Scientific bulletin. Dnipro: NMetAU-IVK System Technologies, 26, 99-111. https://doi.org/10.34185/1991-7848.2023.01.9 [in Ukrainian].
Mazumdar, D., Guthrie, R. (1995). The Physical and Mathematical Modeling of Gas Stirred Ladle Systems. ISIJ International, 35(1), 1-20. https://doi.org/10.2355/isijinternational.35.1
Kirshnamurthy, G., Ghosh, A., Mehrotra, S. (1988). Characterization of two-phase plume in a gas stirred liquid bath - a water model study. Metallurgical Transactions, 19B, 885-892. https://doi.org/10.1007/BF02651412
