Дослідження теплової роботи графітованого порожнистого електрода установки «ківшпіч» при подачі нейтрального газу
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2023.02.018Ключові слова:
установка «ківш-піч», графітований порожнистий електрод, чисельне моделювання, 3D модель, геометричні параметри лунки, теплопередача, густина теплового потокуАнотація
У статті виконано аналіз ефективності передачі теплоти від електродугового розряду, сформованого в піделектродній зоні, до металевої ванни за різних умов роботи установки «ківш-піч» (УКП). Розроблено методику чисельного моделювання, проаналізовано отримані дані, визначено ефективність передачі теплоти з подачею нейтрального газу через графітований порожнистий електрод (ГПЕ).
Метою цієї роботи є чисельне моделювання впливу зміни геометричних параметрів лунки металу, яка сформована за рахунок вдування газу каналом графітованого порожнистого електрода на ефективність передачі теплоти від електричної дуги до металевої ванни при різній висоті шлакового покрову на установці «ківш-піч».
Методи дослідження. Чисельне моделювання нагріву металевої ванни на розробленій 3D моделі сталерозливного ковша з рідким металом і зоною лунки, утвореної під дією електричної дуги, та газу, який подається каналом графітованого порожнистого електрода. Нагрівання проводилося за різних геометричних параметрів лунки та різної висоти шлакового покрову. Виконано аналіз отриманих даних, який вказав на перевагу використання графітованого порожнистого електрода з подачею газу його каналом перед звичайним електродом.
Отримані результати. Визначено частку теплоти, яку поглинули шлак і метал за умов використання звичайного електрода, та порожнистого з подачею газу його каналом. Визначено вплив параметрів реакційної зони, що формується під ГПЕ на передачу теплоти від електричної дуги до металевої ванни, максимальні значення приросту температури металу склали 0,6 ºC/хв.
Наукова новизна. Отримані нові дані щодо впливу подачі нейтрального газу через ГПЕ на кількість теплоти, що передається металу конвекцією, визначені показники густини теплового потоку від електричної дуги до лунки металу в піделектродній зоні.
Практична цінність. Визначено, що за рахунок збільшення площі металевої лунки за допомогою подачі газу каналом ГПЕ покращується теплопередача від електричної дуги до металевої ванни. В той час як збільшення товщини шлакового покрову зменшує теплові втрати в атмосферу печі. Проведені дослідження дозволили отримати важливі дані стосовно теплової роботи установки «ківш-піч» в піделектродній зоні, які в подальшому можуть бути використані для вдосконалення виробничих процесів.
Завантажити
Посилання
Smirnov, A.N., Safonov, V.M., Dorohova, L.V., Tsuprun, A.Yu. (2005). Metallurgical mini-plants: monograph. Donetsk: NordPress, 469 p. [in Russian].
Dyudkin, D.A., Kisilenko, V.V. (2008). Steel production. Volume 1. Processes of smelting, out-of-furnace. Moscow: Teplotekhnik, 528 p. URL: https://foundry.kpi.ua/wp-content/uploads/2020/05/dyudkyn-da-proyzvodstvo-staly.pdf [in Russian].
Piptyuk, V.P., Polyakov, V.F., Samokhvalov, S.E., Pavlyuchenkov, I.A., Krikent, I.V., Logozinsky, I.N., Dymchenko, E.N., Grekov, S.V., Chicherin, A.G. (2009). Parameters of simulation of thermal processes in the bath of the ladle furnace. Casting processes, no. 5, pp. 34-41 [in Russian].
Perevorochaev, N.M., Krikunov, B.P. (2011). Improvement of electric and technological modes of metal finishing in a ladle furnace. Metal and Casting of Ukraine, no. 9-10, pp. 39-45 [in Russian].
Smirnov, A.N., Zborshchik, A.M. (2012). Out-of-furnace refining of iron and steel. Donetsk: SHEI "DonNTU", 186 p. [in Russian].
Vikhlevshchuk, V.A., Kharahulag, V.S., Brodsky, S.S. et al. (2000). Ladle finishing of steel. Dnepropetrovsk: System Technologies, 190 p. [in Russian].
Dyudkin, D.A., Kisilenko, V.V. (2008). Steel production. Volume 3. Out-of-furnace metallurgy of steel. Moscow: Teplotekhnik, 544 p. URL: https://www.twirpx.com/file/3045688/ [in Russian].
Krikent, I.V., Krivtsun, I.V., Demchenko, V.F., Piptyuk, V.P. (2013). Numerical simulation of a high-current arc discharge in a ladle-furnace direct current installation. Modern Electrometallurgy, no. 3, pp. 45-50 [in Russian].
Smirnov, A.N., Pilyushenko, V.L., Minaev, A.A., Momot, S.V., Belobrov, Yu.N. (2002). Continuous casting processes: monograph. Donetsk: DonNTU, 536 p. [in Russian].
Ushio, M., Szekely, J., Chang, C.W. (1981). Mathematical modeling of flows field and heat transfer in high-current arc discharge. Ironmaking and Steelmaking, no. 6, pp. 279-286.
Alexis, J., Ramirez, M., Trapaga, G., Jonsson, P. (1999). Modeling of heat transfer from an electric arc — a simulation of heating. Part I. 57th Electric Furnace сonf. proc.: ISS. Warrendale, pp. 279-287.
Alexis, J., Ramirez, M., Trapaga, G., Jonsson, P. (2000). Modeling of a DC Electric Arc Furnace — Heat Transfer from the Arc. ISIJ International, vol. 40, iss.11, pp. 1089-1097, doi: https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.1089
Fan, H.G., Kovacevic, R. (2004). A unified model of transport phenomena in gas metal arc welding including electrode, arc plasma and molten pool. Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 37, no. 18, pp. 2531-2544, doi: https://doi.org/10.1088/00223727/37/18/009
Wang, F., Jin, Z., Zhu, Z. (2006). Numerical study of dc arc plasma and molten bath in dc electric arc furnace. Ironmaking and Steelmaking, vol. 33, iss. 1, pp. 39-44, doi: https://doi.org/10.1179/174328105X71326
Makarov, A.N. (2007). Theory and practice of heat transfer in electric arc and flare furnaces, furnaces, combustion chambers: Part 1. Fundamentals of the theory of heat transfer by radiation in furnaces and furnaces. Tver’: TGTU, 184 p. [in Russian].
Makarov, A.N., Svenchansky, A.D. (1983). Heat transfer in the chamber of an arc steel-smelting furnace in asymmetric mode. Issues of heat transfer in electrothermal installations. Moscow: Energoatomizdat, pp. 67-72 [in Russian].
Ruban, V., Stoianov, O., Niziaiev, K., Synehin, Y. (2021). Determining changes in the temperature field of a graphitized hollow electrode during metal processing periods in ladle-furnace. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 2, no. 1 (110), pp. 109-115, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.230002
Rumyantsev, V.D. (2006). Theory of heat and mass transfer. Dnepropetrovsk: Porogi, 532 p. [in Russian].
Camac, M., Fay, J.A., Feinberg, R.M., Кemp, N.H. (1963). Heat transfer from high temperature argon. Proceedings of the 1963 Heat Transfer and Fluid Mechanics Institute. Stanford University Press, California, p. 58.
Vargaftik, N.B. (1972). Handbook on thermophysical properties of gases and liquids. Moscow: Nauka, 720 p. [in Russian].
Baptizmansky, V.I., Velichko, A.G., Isaev, E.I. (1988). Out-of-furnace processing of steel. K.: UMK VO, 52 p. [in Russian].
Süli, E., Mayers, D.F. (2003). An introduction to Numerical Analysis. United States of America: Cambridge University Press, 444 p.
Klepko, V.Yu., Golets, V.L. (2009). Higher mathematics in examples and problems. 2nd edition. Kyiv: Center of educational literature, 594 p. URL: https://app.box.com/s/mcm9kvqgf8mojmr20fdnzrli5uo21752 [in Ukrainian].
Epperson, J.F. (2013). An introduction to numerical methods and analysis. 2nd Edition: Mathematical Reviews. United States of America: Wiley, 614 p.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 В. О. Рубан, О. М. Стоянов
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
