Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна
Представлены принципы компоновки тракта инжекционной системы и выбора оптимальных параметров работы инжекционных систем ковшевого рафинирования гранулированным реагентом. Предложена методика расчетной оценки энергетических параметров системы и проверка корректности ее модели на промышленных уста...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21091 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна / С.А.Шевченко, А.Ф.Шевченко, Б.В.Двоскин, А.В.Остапенко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 9. — С. 74-78. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859648086472654848 |
|---|---|
| author | Шевченко, С.А. Шевченко, А.Ф. Двоскин, Б.В. Остапенко, А.В. |
| author_facet | Шевченко, С.А. Шевченко, А.Ф. Двоскин, Б.В. Остапенко, А.В. |
| citation_txt | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна / С.А.Шевченко, А.Ф.Шевченко, Б.В.Двоскин, А.В.Остапенко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 9. — С. 74-78. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Представлены принципы компоновки тракта инжекционной системы и выбора
оптимальных параметров работы инжекционных систем ковшевого рафинирования
гранулированным реагентом. Предложена методика расчетной оценки энергетических
параметров системы и проверка корректности ее модели на промышленных
установках.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:30:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
74
УДК 669.162.267.642:669.162.221.2:669.721
С.А.Шевченко, А.Ф.Шевченко, Б.В.Двоскин, А.В.Остапенко
ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИНЖЕКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
КОВШЕВОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА
Представлены принципы компоновки тракта инжекционной системы и выбора
оптимальных параметров работы инжекционных систем ковшевого рафинирования
гранулированным реагентом. Предложена методика расчетной оценки энергетических
параметров системы и проверка корректности ее модели на промышленных
установках.
С развитием мировой металлургической промышленности широкое
распространение получил инжекционный метод ковшевого рафинирования
расплава дисперсными реагентами через погружные фурмы. Было создано
множество комплексов для вдувания различных типов реагента, в основе
которых лежит инжекционная система, принципиальная схема строения
которой представлена на Рис.1. Основными составляющими ее (с точки
зрения газодинамики) являются дозирующее устройство бункера и система
каналов материалопровода от дозатора реагента до выхода из погружаемой
фурмы.
Рис.1. Принципиальная схема
системы для вдувания реагента в
расплав.
Производственная и эконо-
мическая ситуация требуют
постоянного поиска путей
повышения эффективности
работы этих систем. Согласно [1],
[2] к современным
инжекционным системам
предъявляются следующие
основные требования:
• Стабильность обработки – равномерная, бесперебойная инжекция
реагента на глубину жидкометаллической ванны;
дозирующее
устройство
hФЕР.
бункер с
реагентом
аэрокамера
(смеситель) фурма
канал
фурмы
ковш
жидкий
чугун
75
• Успокоение процесса – уменьшение выплесков металла, возможность
обрабатывать более полные ковши;
• Гибкий цикл – сокращение времени обработки за счет увеличения
интенсивности подачи реагента;
• Повышение степени усвоения реагента расплавом;
• Снижение энергетических затрат – уменьшение расхода
транспортирующего газа и газодинамического сопротивления
системы.
Пути решения этих проблем включают выбор оптимальных параметров
расхода газа и реагента, конфигурации тракта материалопровода
инжекционных систем. В основе работы инжекционной системы лежит
равномерная транспортировка и инжекция твердых частиц в потоке газа. В
сравнении с мелкими частичками порошкообразных реагентов меньше 0,5мм,
гранулированные представляют собой сферические гранулы 0,5 – 1,6 мм,
обладающие относительно большей скоростью витания (скоростью газа,
необходимой для устойчивого пневмотранспортирования частиц).
Недостаточная скорость газовой фазы приводит к оседанию реагента, его
скоплению на участках пневмотрассы. Это вызывает пульсации в работе
системы и приводит к выплескам расплава или завариванию (забиванию)
канала фурмы. В свою очередь, повышение скорости газа может привести к
неоправданным энергетическим затратам. Скорость газа согласно [3] зависит
от объемных расходов газовой и твердой фаз, площади сечения канала,
величины местного давления. Поскольку материалопровод представляет
собой последовательность каналов различного сечения с изменяющимся
давлением по всей длине, то и скорость газа на участках будет разной.
Значительное влияние на движение двухфазного потока оказывает
геометрия тракта материалопровода, которая характеризуется
газодинамическим сопротивлением (ΔP, Па). Опыт исследования установок
показал, что сокращение длины трассы, уменьшение числа элементов
газодинамического сопротивления (поворотов, внезапных сужений и
расширений тракта) снижает газодинамическое сопротивление трассы,
улучшает пневмотранспортировку, и повышает стабильность обработки. Это
дает возможность понизить общий расход газа и увеличить концентрацию
реагента в потоке.
Таким образом, с целью улучшения пневмотранспортирования реагента и
уменьшения энергопотерь системы, необходимо исследовать распределение
давления по всей ее длине, и оценить влияние каждого участка на общее
сопротивление системы. Нами была разработана и опробована методика
расчетно-экспериментального исследования газодинанамического
сопротивления на промышленной инжекционной системе комплекса
десульфурации чугуна гранулированным магнием.
76
Предварительно была проведена по выражениям [4] расчетная оценка
величины сопротивления основных элементов конфигурации тракта: прямые
цилиндрические каналы, повороты на 900, внезапные и конусные сужения, и
расширения тракта. Расчеты проведены для работы систем с расходом газа
(Vг) = 30–160 нм3/час при диаметрах каналов (Dк)=6–25мм. Сопоставительный
анализ полученных данных показал следующее:
• с уменьшением диаметра сопротивление канала увеличивается, а в
случаях прямого участка при Dк ≤ 10 мм и длине 1 метр может достигать 0,1
МПа;
• повороты на 900, имеющиеся в инжекционных системах (при
указанном изменении параметров), с RП=0,1 м оказывают сопротивление
движению чистого газа на 18–70% больше, чем прямолинейный участок
такой же длины, при RП=0,3м на 4–15%, и при RП=0,5м на 2–7%;
• сопротивление конусного сужения канала (конфузора) при степени
уменьшения диаметра (Dmin/Dmax) 0,9–0,5 составляет 20–65% от
сопротивления внезапного сужения, в случае конусного расширения
(диффузор) под углом 60–900 оно на 40–10% больше сопротивления
внезапного расширения канала.
Исследования включали расчетную и экспериментальную части.
Расчетная часть выполнена по модели. Газодинамическое сопротивление
системы равняется разнице давлений на ее границах (входном и выходном
сечениях) ΔP и представляет собой сумму перепадов давления на всех
элементарных участках системы:
,...21 1 n
n
PPPP Δ++Δ+Δ=Δ∑
где n – число участков.
Таким образом, конфигурация трассы представляется в виде
последовательности основных элементов. Ее расчет осуществляется по
выражениям [4]. Согласно принятой модели величина давления газа в
начальном участке трассы (в аэрокамере) представляет собой сумму давлений
внешнего сопротивления (Ратм и Рфер – атмосферное и ферростатическое
давления на глубине погружения фурмы h) и сопротивления трассы ΔP. На
основе модели была создана программа расчета. Введя в нее конфигурацию и
параметры трассы, используемые на Тангшаньской установке, получили
распределение давления по всей трассе для расходов газа 50–200 нм3/час, и
глубины погружения 0–1–2 м. Анализ данных показал, что с увеличением
глубины погружения на 1 м сопротивление трассы падает на 28–10% при
сохранении расхода газа. Это объясняется уменьшением скорости газа в
каналах, за счет его сжатия при увеличении давления.
77
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 50 100 150 200 250Vг, нм3/ч
Р, МПа
фактич.
расчет.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 50 100 150 200 250
V г, нм3/ч
Р, МПа
фактич.
расчет.
0
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
0,18
0 50 100 150 200 250
Vг, нм3/ч
Р, МПа
фактич.
расчет.
а)
б)
в)
Рис.2. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных
исследования газодинамического сопротивления при различных
расходах транспортирующего газа:
а) магниепровод с каналом фурмы;
б) канал фурмы;
в) магниепровод без канала фурмы.
78
Среди всех элементов инжекционной трассы наибольшим
сопротивлением обладает канал фурмы. При длине 9 м, диаметре 12 мм его
доля от общего сопротивления составила 84–79%, согласно упомянутому
пределу изменения условий. Этот факт объясняется значительной длиной
канала, малым диаметром, и высокой скоростью потока газа на выходном
участке канала фурмы. Остальная доля припадает на элементы пневмотрассы:
прямолинейные участки гибкого рукава и стальных патрубков, участки
стыков каналов разного диаметра. Оказывая незначительное влияние на
газодинамическое сопротивление, при низких скоростях транспортирующего
газа, элементы трассы, изменяющие геометрию тракта (повороты и стыки
каналов разного диаметра), являются серьезным препятствием для
равномерного транспортирования гранулированного реагента по
пневмотрассе.
С целью проверки модели, в рамках этой работы был проведен
экспериментальный замер газодинамического сопротивления магниепровода
с каналом фурмы, канала фурмы и магниепровода отдельно, при расходах
газа 20–200 нм3/час и нормальном давлении (без погружения фурмы).
Сопоставление экспериментальных данных с рассчитанными, по тем же
параметрам (Рис.2), подтверждает корректность проведенных расчетов.
Таким образом, проводя расчеты газодинамического сопротивления
магниепровода инжекционной системы ковшевого рафинирования чугуна
магнием, определили влияние параметров инжектирования и конструкции
материалопроводов на распределение давления на всех участках трассы, что в
свою очередь позволяет оценить величину скорости газового потока на этих
участках. Опираясь на полученные результаты проведенных исследований,
можно обеспечить достаточно корректный подход к решению задач
устойчивого пневмотранспортирования и вдувать реагент с минимальным
расходом газа.
1. Повышение качества черных металлов / В.И. Мачикин, А.М. Зборщик,
Е.Н.Складановский // Киев, «Техника», 1981г. – 160с.
2. Шевченко А.Ф. Разработка и развитие теории и технологии процессов внепечной
десульфурации чугуна в ковшах вдуванием диспергированных реагентов.//
Докторская диссерт. Днепропетровск. 1997. – 457 с.
3. Расчетная оценка скорости газового потока при условии вдувании магния в
жидкий чугун / А.Ф. Шевченко, В.И. Елисеев, А.П. Толстопят, С.А.Шевченко//
Сб. ИЧМ «Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии».
Киев. Наукова думка. 2003. Вып.6.
4. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.// Москва,
«машиностроение», 1975г.
Статья рекомендована к печати д.т.н. В.И.Большаковым
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-21091 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:30:36Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шевченко, С.А. Шевченко, А.Ф. Двоскин, Б.В. Остапенко, А.В. 2011-06-14T22:28:10Z 2011-06-14T22:28:10Z 2004 Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна / С.А.Шевченко, А.Ф.Шевченко, Б.В.Двоскин, А.В.Остапенко // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2004. — Вип. 9. — С. 74-78. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21091 669.162.267.642:669.162.221.2:669.721 Представлены принципы компоновки тракта инжекционной системы и выбора оптимальных параметров работы инжекционных систем ковшевого рафинирования гранулированным реагентом. Предложена методика расчетной оценки энергетических параметров системы и проверка корректности ее модели на промышленных установках. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Внепечная обработка чугунка и стали Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна Article published earlier |
| spellingShingle | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна Шевченко, С.А. Шевченко, А.Ф. Двоскин, Б.В. Остапенко, А.В. Внепечная обработка чугунка и стали |
| title | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна |
| title_full | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна |
| title_fullStr | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна |
| title_full_unstemmed | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна |
| title_short | Газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна |
| title_sort | газодинамическая оценка инжекционной системы ковшевого рафинирования жидкого чугуна |
| topic | Внепечная обработка чугунка и стали |
| topic_facet | Внепечная обработка чугунка и стали |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/21091 |
| work_keys_str_mv | AT ševčenkosa gazodinamičeskaâocenkainžekcionnoisistemykovševogorafinirovaniâžidkogočuguna AT ševčenkoaf gazodinamičeskaâocenkainžekcionnoisistemykovševogorafinirovaniâžidkogočuguna AT dvoskinbv gazodinamičeskaâocenkainžekcionnoisistemykovševogorafinirovaniâžidkogočuguna AT ostapenkoav gazodinamičeskaâocenkainžekcionnoisistemykovševogorafinirovaniâžidkogočuguna |