Продувочная трубка изготавливается из магнезиальных материалов высокой степени чистоты, которые после обжига приобретают высокую пористость, необходимую для образования пузырьков аргона. Установка продувочной трубкт в пром ковш оказывает положительное влияние на качество стали. Нами было проведено математическое моделирование для того, чтобы изучить, каким образом турбулентность, вызванная образованием пузырьков, приводит к соединению (слиянию, срастанию) включений. По результатам исследований можно сказать, что больший поток аргона в продувочной трубке не увеличивает слияние небольших включений в промковше. В данной работе исследовалось также с помощью цифрового моделирования устройство и положение продувочной трубки в трех разных положениях в V – образном промковше. На основе результатов математического моделирования продувочная трубка была установлена в промышленных условиях. После установки продувочной трубки количество частиц окиси алюминия размером примерно 10 микрон в разливаемой стали уменьшилось от 20 до 40 %.

    Промковш применяется в качестве резервуара для расплавленной стали. В нем сталь достигает гомогенного состава и температуры. Из него происходит «распределение» стали по формам. Промковш – это конечный шаг в обработке стали, где можно достичь еще большей ее чистоты. Продувочная трубка для продувки аргоном устанавливается в промковше, если требования по чистоте стали очень высокие. Все еще находится на стадии обсуждения вопрос точных принципов, согласно которым продувка уменьшает количество примесей в расплавленной стали.

    На имеющемся уровне моделирования трудно осуществить захват примесей пузырьками, и все усилия в данной работе концентрируются на моделировании принципа. С помощью продувочной трубки можно гомогенизировать температуру в ванне промковша и избежать образования участка недогрева. Однако, температурный профиль в ванне расплавленной стали сильно зависит от положения продувочной трубки в промковше, и это положение не так просто подобрать. Следовательно, необходимо определить положение продувочной трубки с помощью цифрового моделирования.

    Для изучения траекторий неметаллических частиц в промковше при использовании продувочной трубки ма использовали так называемую модель дискретной фазы (DPM), которая базируется на подходе Ойлера- Лагранга. Для исследования слипания неметаллических примесей и их разбивание при продувке аргоном применялась модель баланса отдельной популяции. При моделировании использовалось программное обеспечение FLUENT 6.3.26 для расчета динамики жидкости.

    При использовании модели DPM для отслеживания примесей необходимо знать первоначальный размер пузырьков и их скорость. Для того, чтобы определить взаимосвязь между размером пузырьков и подаваемым давлением, была изготовлена водяная модель. Однако, условия при продувке пузырьками аргона в промковше совершенно отличаются от водяной модели, особенно потому что, когда аргон вдувается сквозь пористую трубку в стальную ванну, то происходит тепловое расширение. Чтобы получить реалистичную ситуацию, была изготовлена другая модель. Моделирование дает возможность высказать предположение, что диапазон размеров пузырьков аргона варьируется в пределах от 4 до 6 мм в зависимости от давления.

    Однако, условия при продувке пузырьками аргона в промковше совершенно отличаются от водяной модели, особенно потому что, когда аргон вдувается сквозь пористую трубку в стальную ванну, то происходит тепловое расширение. Чтобы получить реалистичную ситуацию, была изготовлена другая модель. Моделирование дает возможность высказать предположение, что диапазон размеров пузырьков аргона варьируется в пределах от 4 до 6 мм в зависимости от давления. После получения первоначальной информации с верхней поверхности продувочной трубки модель DPM использовалась для того, чтобы отследить местонахождение неметаллических примесей. В этой модели общее количество кислорода в расплавленной стали берется за 30 ррм. Если предположить, что все неметаллические примеси – это окись алюминия, тогда общий поток массы частиц окиси алюминия составит 0, 00108 кг/ сек. У впуска желоба ковша частицы обладают той же скоростью. Плотность частиц берется за 5000 кг/ м3. Сюда же входит кластер окиси алюминия. Зерновой состав частиц в ковше взят из исследования Илегбуси.

    Когда используется аргон, скорость поглощения примесей малого размера (менее 50 микрон) значительно увеличивается. Эти результаты говоря о том, что по мере продувки ванны аргоном направление потока в ковше меняется, благодаря чему мелкие частицы примесей поднимаются на поверхность. Ударная камера обладает хорошим эффектом при удалении больших частиц, но не играет большого значения при всплывании мелких включений.При продувке аргоном в промковше эффект перемешивания может также увеличить турбулентность в ванне. Некоторые исследователи считают, что увеличение турбулентности ускоряет агрегирование примесей небольшого размера и способствует всплыванию образовавшихся агломератов.

    Моделирование показало, что турбулентность, вызванная продувающим ванну аргоном, приводит и к слипанию мелких частиц, и к разбиванию крупных агломератов. Следовательно, в высокой интенсивности подачи продувочной струи нет необходимости для того, чтобы создать высокую турбулентность. Результаты моделирования указывают на то, что упомянутый выше принцип не является основной причиной удаления маленьких частиц продувочной струей. Как уже говорилось, есть другие принципы удаления примесей продувочной струей, например, захват включений пузырьками аргона или изменение направления потока продувочным газом и направление примесей к слою шлака.

    С помощью расчетов динамики жидкости на фирме RHI могут выбрать оптимальное положение продувочной струи в промковше в соответствии с условиями в промковше. Следующий этап моделирования нацелен на то, чтобы выбрать положение установки продувочной струи в V – образном промковше. Три разных положения продувочной трубки. Чтобы провести сравнение воздействия ситуации вообще без продувочной трубки в одной половине пространства устанавливается только одна продувочная трубка, поскольку у V – образного промковша симметричная геометрия.

    

email: kravchenko.dpi@gmail.com  

© ДонНТУ 2009 Кравченко А.В.

---