Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений
В статье методами физического моделирования исследован процесс удаления из стали неметаллических включений при отсутствии других внешних воздействий на металл (продувки инертным газом, электромагнитного перемешивания и т. д.). Предложена новая конструкция футеровки, которая путем корректирования пот...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2018
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166593 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений / Л.С. Молчанов, А.С. Лантух, Е.В. Синегин // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 20-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166593 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Молчанов, Л.С. Лантух, А.С. Синегин, Е.В. 2020-02-26T18:11:57Z 2020-02-26T18:11:57Z 2018 Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений / Л.С. Молчанов, А.С. Лантух, Е.В. Синегин // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 20-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166593 669.184 В статье методами физического моделирования исследован процесс удаления из стали неметаллических включений при отсутствии других внешних воздействий на металл (продувки инертным газом, электромагнитного перемешивания и т. д.). Предложена новая конструкция футеровки, которая путем корректирования потоков жидкой стали во время выпуска из печи позволяет улучшить условия удаления неметаллических включений из стали. В статті методами фізичного моделювання досліджено процес видалення зі сталі неметалевих включень за відсутності інших сторонніх впливів на метал (продувки інертним газом, електромагнітного перемішування тощо). Запропоновано нову конструкцію футерівки, яка шляхом коригування потоків рідкої сталі під час випуску з печі дозволяє поліпшити умови видалення неметалевих включень зі сталі. In the article, by using methods of physical modeling, the process of removal of non-metallic inclusions from steel without external influences (argon bottom blowing, electromagnetic stirring, etc.) has been investigated. A new lining design has been proposed that corrects the liquid steel flows during tapping and improves the conditions for removing non-metallic inclusions from steel. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений Визначення раціонального профілю футерівки сталерозливних ковшів для підвищення ефективності видалення неметалевих включень Determination of the rational profile of the lining of steel-teeming ladles to improve the removal efficiency of non-metallic inclusions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений |
| spellingShingle |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений Молчанов, Л.С. Лантух, А.С. Синегин, Е.В. |
| title_short |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений |
| title_full |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений |
| title_fullStr |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений |
| title_full_unstemmed |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений |
| title_sort |
определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений |
| author |
Молчанов, Л.С. Лантух, А.С. Синегин, Е.В. |
| author_facet |
Молчанов, Л.С. Лантух, А.С. Синегин, Е.В. |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Визначення раціонального профілю футерівки сталерозливних ковшів для підвищення ефективності видалення неметалевих включень Determination of the rational profile of the lining of steel-teeming ladles to improve the removal efficiency of non-metallic inclusions |
| description |
В статье методами физического моделирования исследован процесс удаления из стали неметаллических включений при отсутствии других внешних воздействий на металл (продувки инертным газом, электромагнитного перемешивания и т. д.). Предложена новая конструкция футеровки, которая путем корректирования потоков жидкой стали во время выпуска из печи позволяет улучшить условия удаления неметаллических включений из стали.
В статті методами фізичного моделювання досліджено процес видалення зі сталі неметалевих включень за відсутності інших сторонніх впливів на метал (продувки інертним газом, електромагнітного перемішування тощо). Запропоновано нову конструкцію футерівки, яка шляхом коригування потоків рідкої сталі під час випуску з печі дозволяє поліпшити умови видалення неметалевих включень зі сталі.
In the article, by using methods of physical modeling, the process of removal of non-metallic inclusions from steel without external influences (argon bottom blowing, electromagnetic stirring, etc.) has been investigated. A new lining design has been proposed that corrects the liquid steel flows during tapping and improves the conditions for removing non-metallic inclusions from steel.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166593 |
| citation_txt |
Определение рационального профиля футеровки сталеразливочных ковшей для повышения эффективности удаления неметаллических включений / Л.С. Молчанов, А.С. Лантух, Е.В. Синегин // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 20-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT molčanovls opredelenieracionalʹnogoprofilâfuterovkistalerazlivočnyhkovšeidlâpovyšeniâéffektivnostiudaleniânemetalličeskihvklûčenii AT lantuhas opredelenieracionalʹnogoprofilâfuterovkistalerazlivočnyhkovšeidlâpovyšeniâéffektivnostiudaleniânemetalličeskihvklûčenii AT sineginev opredelenieracionalʹnogoprofilâfuterovkistalerazlivočnyhkovšeidlâpovyšeniâéffektivnostiudaleniânemetalličeskihvklûčenii AT molčanovls viznačennâracíonalʹnogoprofílûfuterívkistalerozlivnihkovšívdlâpídviŝennâefektivnostívidalennânemetalevihvklûčenʹ AT lantuhas viznačennâracíonalʹnogoprofílûfuterívkistalerozlivnihkovšívdlâpídviŝennâefektivnostívidalennânemetalevihvklûčenʹ AT sineginev viznačennâracíonalʹnogoprofílûfuterívkistalerozlivnihkovšívdlâpídviŝennâefektivnostívidalennânemetalevihvklûčenʹ AT molčanovls determinationoftherationalprofileoftheliningofsteelteemingladlestoimprovetheremovalefficiencyofnonmetallicinclusions AT lantuhas determinationoftherationalprofileoftheliningofsteelteemingladlestoimprovetheremovalefficiencyofnonmetallicinclusions AT sineginev determinationoftherationalprofileoftheliningofsteelteemingladlestoimprovetheremovalefficiencyofnonmetallicinclusions |
| first_indexed |
2025-11-26T18:04:16Z |
| last_indexed |
2025-11-26T18:04:16Z |
| _version_ |
1850766920617295872 |
| fulltext |
20 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
ков жидкости и образования застойных зон. Исходя из
этого, авторами была выдвинута гипотеза, согласно
которой закругления на стыке футеровки стен и дни-
ща ковша должны направлять конвекционные потоки
жидкости вверх, уменьшая, таким образом, продолжи-
тельность пребывания мелких НВ в стали.
Целью исследований является определение оп-
тимального радиуса закругления футеровки сталераз-
ливочных ковшей на участке соединения футеровки
днища и стен, обеспечивающего наилучшие условия
для удаления НВ из стали. Достижение поставленной
цели осуществляли за счет метода физического мо-
делирования на изотермической модели. При прове-
дении моделирования учтено влияние на частички НВ
силы Архимеда и вязкого трения, а также конвекцион-
ных потоков, образованных в объеме расплава, при
выпуске стали из печи в ковш. Влиянием естествен-
ной конвекции для условий моделирования процесса
всплытия НВ в ковше для условий лабораторного экс-
перимента было решено пренебречь для упрощения
математического описания процесса.
Методика проведения эксперимента. По ре-
зультатам подготовительного этапа [2] авторами с
использованием π-теоремы [3, 4] было установлено,
что процесс всплытия НВ после наполнения стале-
разливочного ковша можно описать критерием Архи-
меда (Ar), модифицированным критерием гомохрон-
ности (Hom) и линейным симплексом (D):
где ρр и ∆ρ – соответственно плотность жидкости и
разница плотностей жидкости и НВ, кг/м3; g – ускоре-
ние свободного падения, м/с2; dНВ – диаметр НВ, м;
νр – кинематическая вязкость жидкости, м2/с; τ – вре-
мя, с; hр – уровень жидкости в ковше, м.
В
ведение. На сегодняшний день актуальным на-
правлением развития металлургии является
очистка стали от неметаллических включений
(НВ) и снижение расходов на ее получение. Ис-
точниками загрязнения стали НВ являются контакти-
рующие с металлом огнеупорные материалы и шлак,
а также продукты раскисления металла. Для удале-
ния НВ применяют методы, основанные на ускоре-
нии всплывания частиц НВ в шлаковую фазу и при-
менении керамических фильтров. Подобные методы
применяют на всех этапах сталеплавильного произ-
водства, начиная от выплавки стали и заканчивая за-
твердеванием слитков или непрерывнолитых загото-
вок. К ним относятся: продувка расплава инертным
газом, электромагнитное перемешивание, модифи-
цирование включений с целью перевода их в жидкое
состояние и агрегации [1]. Все эти методы требуют
применения дополнительных комплектующих (пори-
стых пробок, керамических фильтров), оборудования
(электромагнитных мешалок) или материалов (моди-
фикаторов). Из этого следует, что известные методы,
хотя и позволяют существенно повысить эффектив-
ность удаления НВ, однако, в то же время повышают
капитальные и эксплуатационные затраты сталепла-
вильного производства.
Постановка задачи исследования. Как уже бы-
ло сказано выше, в основе методов интенсификации
удаления НВ из стали лежит повышение скорости их
всплывания. Однако определенное влияние на ско-
рость всплытия НВ имеют и конвекционные потоки,
вызванные как естественной конвекцией, так и ис-
кусственной, что имеет место непосредственно при
выпуске стали из печи в ковш и в течение некоторого
времени после его завершения. Форма рабочего про-
странства ковша непосредственно влияет на продол-
жительность пребывания частиц НВ в стали, особен-
но маленьких размеров, поскольку форма рабочего
пространства определяет характер циркуляции пото-
УДК 669.184
Л.С. Молчанов1, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник
А.С. Лантух2, аспирант
Е.В. Синегин2, канд. техн. наук, доц., e-mail: kaf.stal@metal.nmetau.edu.ua
1Институт черной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины, г. Днепр, Украина
2Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепр, Украина
Определение рационального профиля футеровки
сталеразливочных ковшей для повышения эффективности
удаления неметаллических включений
В статье методами физического моделирования исследован процесс удаления из стали неметаллических
включений при отсутствии других внешних воздействий на металл (продувки инертным газом,
электромагнитного перемешивания и т. д.). Предложена новая конструкция футеровки, которая путем
корректирования потоков жидкой стали во время выпуска из печи позволяет улучшить условия удаления
неметаллических включений из стали.
Ключевые слова: сталеразливочный ковш, конструкция футеровки, неметаллические включения.
(1)
21ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
ного моделирования, согласно которой безразмерны-
ми критериями, которые имеют незначительное (вы-
рожденное) воздействие на процесс (в данном случае
линейным симплексом), можно пренебречь. Обеспе-
чив условие 0,01<D , было изучено влияние на про-
должительность всплывания НВ радиуса закругления
при постоянных величинах времени выпуска и раз-
меров частиц и емкости. На рис. 2 приведены фото
эксперимента и схематические изображения конвек-
ционных потоков после окончания наполнения ковша.
Для возможности пересчета результатов физиче-
ского моделирования вместо абсолютной величины
радиуса закругления использовали линейный сим-
плекс безразмерного радиуса R:
где rз и rк – радиус закругления и днища ковша соот-
ветственно, м.
Полученные результаты сравнивали с рассчи-
танными по модели, полученной в работе [5]. По
результатам обработки экспериментальных данных
получен график зависимости относительного умень-
шения критерия гомохронности и продолжительно-
сти всплытия частиц от безразмерного радиуса за-
кругления (рис. 3).
Из графика на рис. 3 видно, что эффективность
удаления НВ достигает максимума при величине
Для проведения физического моделирования бы-
ла собрана экспериментальная установка, имитиру-
ющая выпуск стали из сталеплавильного агрегата
в ковш масштабом 1:8, схема которой приведена
на рис. 1. В ходе эксперимента в модели сталераз-
ливочного ковша между стенками и днищем уста-
навливали закругление различного радиуса. Выбор
остальных масштабов моделирования и детальная
методика эксперимента приведены в работах [2, 5].
Полученные на предыдущем этапе результаты [5]
дали возможность использовать технику приближен-
Схема экспериментальной установки: 1 – модель
ковша; 2 – электронные весы; 3 – буферная емкость; 4 –
галогенная лампа; 5 – видеокамера
Рис. 1.
Всплывание частиц стеарина в модели ковша с различным закруглением днищаРис. 2.
R = 0
R = 0,13
R = 0,04
R = 0,17
R = 0,08
R = 0,21
(2)
22 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
безразмерного радиуса около 0,16. Так, в ковше
емкостью 60 т и уровнем металла около 2,3 м про-
должительность всплытия НВ размером 500 мкм
уменьшится с 18 до 11 секунд. Продолжительность
выдержки ковшей такой емкости перед разливкой
составляет обычно около 10–15 мин. При обычной
форме рабочего пространства ковша предельный
размер НВ, которые успевают всплыть в шлак, со-
ставляет 570–800 мкм. При изменении рабочего про-
странства ковша на рекомендуемый с оптимальным
радиусом закругления предельно низкий размер НВ,
которые удалятся из стали, составит 395–555 мкм.
Выводы
По результатам физического моделирования ав-
торами доказана возможность повышения эффек-
тивности удаления из стали НВ во время выдержки
стали в ковше перед разливкой. Определено, что
достижение поставленной цели возможно при не-
значительной модернизации конструкции футеровки
сталеразливочных ковшей, а именно закругления на
стыке днища и стен с радиусом закругления около
16 % от радиуса днища ковша. Время всплывания НВ
при этом сокращается на 35 %. Предложенные ме-
ры позволяют уменьшить предельно низкий размер
НВ, которые удаляются из ковша, примерно на 31 %.
Перспективным направлением исследований явля-
ется разработка конструкции специальных устройств
типа «турбостоп», которые будут повышать эффек-
тивность рафинирования стали от НВ.
Влияние закругления днища ковша на величину критерия гомохронности (а) и на продолжительность всплытия
частиц (б)
Рис. 3.
а б
1. Величко О.Г., Стоянов О.М., Бойченко Б.М., Нізяєв К.Г. Технології підвищення якості сталі: підручник. – Дніпропетровськ:
Середняк Т.К., 2016. – 196 с.
2. Лантух О.С., Молчанов Л.С., Синегін Є.В. Методика фізичного моделювання спливання ансамблю неметалевих вклю-
чень у сталерозливному ковші // Математичне моделювання. – 2018. – № 1 (38). – С. 95–99.
3. Марков Б.Л., Кирсанов А.А. Физическое моделирование в металлургии. – М.: Металлургия, 1984. – 119 с.
4. Баптизманский В.И., Яковлев Ю.Н., Паниотов Ю.С. Организация эксперимента: учеб. пособие. – К: УМКВО, 1992. –
244 с.
5. Лантух А.С., Молчанов Л.С., Синегин Е.В. Физическое моделирование всплывания неметаллических включений в
сталеразливочных ковшах малой емкости // Металл и литье Украины. – 2018. – № 1-2 (296-297). – С. 45–49.
ЛИТЕРАТУРА
Поступила 20.11.2018
1. Velychko, O.H., Stoianov, O.M., Boichenko, B.M., Niziaiev, K.H. (2016). Technology for improving steel quality: textbook.
Dnipropetrovsk: Seredniak T.K., 196 p. [in Ukrainian].
2. Lantukh, O.S., Molchanov, L.S., Synehin, Ye.V. (2018). Method of physical modelling of floating the group of nonmetallic
inclusion in a teeming ladle. Matematychne modeliuvannia. Mathematical modelling, no. 1 (38), pp. 95–99 [in Ukrainian].
3. Markov, B.L., Kirsanov, A.A. (1984). Physical modeling in metallurgy. Moscow: Metallurgiia, 119 p. [in Russian].
4. Baptizmanskij, V.I., Yakovlev, Yu.N., Paniotov, Yu.S. (1992). Organization of the experiment. Kyiv: UMKVO, 244 p. [in Russian].
5. Lantukh, A.S., Molchanov, L.S., Synehin, Ye.V. (2018). Physical modeling of floating of the nonmetallic inclusions in steel-
teeming ladles of small capacity. Metall i lit’o Ukrainy, no. 1–2 (296–297), pp. 45–49 [in Russian].
REFERENCES
Received 20.11.2018
23ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
Summary
In the article, by using methods of physical modeling, the process of removal of non-metallic inclusions from steel without
external influences (argon bottom blowing, electromagnetic stirring, etc.) has been investigated. A new lining design has
been proposed that corrects the liquid steel flows during tapping and improves the conditions for removing non-metallic
inclusions from steel.
Steel-teeming ladle, lining design, non-metallic inclusions.Keywords
L.S. Molchanov1, Candidate of Engineering Sciences, Senior Researcher;
A.S. Lantukh2, Postgraduate student; Ye.V. Synehin2, Candidate of
Engineering Sciences, Associate Professor,
e-mail: kaf.stal@metal.nmetau.edu.ua
1Z.I. Nekrasov Institute of Ferrous Metallurgy of the NAS of Ukraine, Dnipro,
Ukraine
2National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro, Ukraine
Determination of the rational profile of the lining of steel-teeming ladles to improve the
removal efficiency of non-metallic inclusions
Анотація
Л.С. Молчанов1, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник; О.С. Лантух2,
аспірант; Є.В. Синегін2, канд. техн. наук, доц.,
e-mail: kaf.stal@metal.nmetau.edu.ua
1Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, м. Дніпро,
Україна
2Національна металургійна академія України, м. Дніпро, Україна
Визначення раціонального профілю футерівки сталерозливних ковшів для підвищення
ефективності видалення неметалевих включень
В статті методами фізичного моделювання досліджено процес видалення зі сталі неметалевих включень за відсутності
інших сторонніх впливів на метал (продувки інертним газом, електромагнітного перемішування тощо). Запропоновано
нову конструкцію футерівки, яка шляхом коригування потоків рідкої сталі під час випуску з печі дозволяє поліпшити
умови видалення неметалевих включень зі сталі.
Ключові слова Сталерозливний ківш, конструкція футерівки, неметалеві включення.
|