ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ РІШЕНЬ ЗНЕВУГЛЕЦЕВЛЕННЯ Й ШЛАКОВОГО РЕЖИМУ В ДУГОВІЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНІЙ ПЕЧІ

Анотація

В рамках сучасного двостадійного виробництва рідкої сталі електродугова піч (ДСП) є установкою для інтенсивної виплавки напівфабрикату з подальшим доведенням сталі до заданої марки методами ковшової металургії. Технологічний регламент ДСП передбачає отримання низьковуглецевого розплаву в енергозберігаючому режимі спіненого газовими бульбашками шлаку. Зменшення коефіцієнта форми сталеплавильної ванни (відношення діаметру до глибини) за незмінної місткості рідкої сталі спрямовано на підвищення енергоефективності ДСП через зниження теплових втрат випромінюванням поверхні розплаву на водоохолоджувальні панелі робочого простору. Перехід до «глибокої» ванни сприяє інтенсифікації процесів тепломасообміну в умовах примусового перемішування розплаву, зокрема, інертним газом. Шляхом чисельного моделювання досліджено, що з позицій енергоефективності ДСП вплив «глибокої» ванни на процес зневуглецевлення сталі на бульбашках аргону й СО і утворення спіненого шлаку за інтенсивної технології. Застосовано модель одиночної бульбашки і відомі емпіричні співвідношення для коефіцієнтів масопереносу реагентів за умов дифузійної стехіометрії. Щодо промислової 120-т ДСП показано, що зменшення коефіцієнта форми ванни до оптимального за критерієм енергоефективності приводить до збільшення швидкості зневуглецевлення металу на 5–18% за рахунок інтенсифікації процесів масопереносу реагентів в системі «залізовуглецевистий розплав – спливаюча газова бульбашка». На основі відомих експериментальних даних, за умов оптимального поверхневого натягу та в’язкості шлаку, отримано рівняння регресії для висоти стійкої шлакової піни від швидкості потоку технологічного газу через межу «метал – шлак». За допомогою чисельної моделі радіаційного теплообміну показано, що фактор «глибокої» ванни в цьому контексті сприяє зменшенню радіаційних втрат теплоти з водою на 4% за рахунок більш ефективного екранування спіненим шлаком випромінювання електричної дуги на водоохолоджувальні панелі ДСП.