КОМП’ЮТЕРНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕМІШУВАННЯ ДОМІШКИ ПІД ЧАС ВДУВАННЯ У РОЗПЛАВ ЧЕРЕЗ ФУРМУ

Анотація

У процесі виробництва сталі металургійні підприємства додають домішки до розплаву. Вдування домішки через фурму є одним з поширених способів модифікації хімічного складу рідини. Цей процес досліджувався у багатьох роботах. Проблема полягає у дуже повільний дифузії домішки, а значить і у тривалому перемішуванні при постійній втраті температури розплаву. На швидкість перемішування впливає як кількість фурм продування так і їх розташування. Означений процес проаналізовано у даній роботі за допомогою комп'ютерного математичного моделювання, яке користується популярністю у науковців завдяки своїй малої вартості. Комп'ютерна реалізація дозволяє зберігати параметри і результати дослідів у базі даних. Доступ до функціональних сторінок забезпечено через веб-інтерфейс користувача.

Проблема перемішування домішок у розплаві полягає в обмеженні по часу, за який необхідно досягти мінімум 95 % осереднення. Одним із методів перемішування розплаву є вдування газу через донні фурми. Витрати газу треба налаштовувати таким чином, щоб шар шлаку не розмивався і сталь залишалася під ним.

Як і лабораторні або промислові досліди чисельне дослідження на математичній моделі передбачає встановлення початкових налаштувань і збереження та обробку результатів моделювання. Для цього використовуються бази даних та інтерфейс користувача. Проблема одночасного централізованого доступу багатьох користувачів до програмного забезпечення розв’язується за допомогою веб-сайту.

Мета дослідження полягає у пошуку раціональної витрати інертного газу і в оптимізації розташування фурм продування з метою ресурсозберігаючого перемішування домішки. У якості засобу обрано математичне моделювання масопереносу в розплаву і розробка супроводжуючого програмного забезпечення.

У підсумку проведено чисельні досліди з сумарними витратами інертного газу від 40 до 90 л/хв і з числом фурм від однієї до трьох. Виявлено, що з невеликою перевагою найменшу тривалість перемішування має конфігурація з однією фурмою, яка розташована по центру радіуса, та конфігурація з двома протилежними фурмами і сумарною витратою 90 л/хв.

Рекомендується до впровадження конфігурація з двома протилежними фурмами, яка має прийнятну тривалість перемішування у 92 секунди при витратах газу — 45 л/хв. на кожну фурму.

Відключення фурм на 1 хвилині, коли вся домішка потрапила у розплав, має сенс при високій швидкості розплаву. У даних конфігураціях і при обмеженій сумарній витраті газу достатньо висока швидкість досягається тільки у випадку однієї фурми. При двох або трьох фурмах максимальна швидкість розплаву є малою і перемішування домішки з часом набуває ознаки розсіювання (дифузії). А розсіювання є занадто повільним у всіх означених конфігураціях і не є прийнятним в умовах постійного охолодження розплаву.