Determining Changes in the Temperature Field of a Graphitized Hollow Electrode During Metal Processing Periods in Ladle-Furnace
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
РС Тесhnology Сеntеr, Kharkiv, Ukraine
Abstract
ENG: This paper reports an analysis of the process of heating a graphitized hollow electrode (GHE) during steel processing in ladle-furnace. The results of the numerical modeling of electrode operation are given. The data on the temperature field of the electrode were obtained when electricity was supplied and during periods without electrical loading. Values of the Joule heat released at electrode operation during the periods of metal heating in ladle-furnace were calculated; they amounted to 1.11–1.15 MW/m3. Coefficients of the heat transfer by convection have been calculated for the inner and outer GHE surface: 1.60 and 1.80, and 5–17 W/(m2∙°C), respectively. Values of the electrode temperature gradient in the high-temperature zone were obtained, which, for the first heating period, reached 8,286 °C/m, for the third ‒ to 6,571 °C/m. It was established that during the cooling periods of the electrode, the temperature gradient is significantly reduced and amounts to the inner surface of 379 °C/m; to the outer surface ‒ 3,613 °C/m; the vertical plane to the end of the electrode ‒ 1,469 °C/m. The directions to improve the installation’s thermal work and reduce its resource intensity during out-of-furnace processing of steel have been defined. It has been determined that during the periods of electrode operation with current supply, significant values of the temperature gradient are observed, which are concentrated in the end part. During the periods of operation without current supply, a locally overheated zone forms, taking the shape of a torus flattened along the axis, which is created as a result of the accumulation of heat from the preceding period. The data have been acquired on the effect exerted by the gas supply through a hollow electrode on the parameters of formation of the high-temperature GHE regions. It has been shown that the supply of neutral gas through a graphitized hollow electrode at a flow rate of 0.05 m3/min shifts the high-temperature zone to the periphery by 3.5–4.2 mm, as well as reduces its height by 1.0–1.2 mm. The study reported here could make it possible to calculate expedient gas and material consumption for controlling the oxidation of metal and slag, to reduce the consumption of graphitized electrodes, to bring down energy- and resource costs for metal production.
UKR: Виконано аналіз процесу нагріву графітованого порожнистого електрода (ГПЕ) при обробці сталі на установці «ківш-піч». Наведені результати чисельного моделювання роботи електрода. Отримані дані температурного поля електрода при подачі електроенергії і в періодах без електронавантаження. Розраховані значення Джоулевої теплоти, що виділяється в процесі роботи електрода в періоди нагріву металу на установці «ківш-піч», які склали 1,11–1,15 МВт/м3. Виконаний розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією для внутрішньої і зовнішньої поверхні ГПЕ значення якого, відповідно, склали 1,60 і 1,80 та 5–17 Вт/(м2 °С). Отримані значення температурного градієнту електрода в високотемпературній зоні, які для першого періоду нагріву досягали 8286 °С/м, а третього до 6571 °С/м. Встановлено, що в періоди охолодження електроду градієнт температур суттєво знижується і становить до внутрішньої поверхні 379 °С/м; до зовнішньої поверхні 3613 °С/м; і вертикальній площині до торця електрода 1469 °С/м. Визначені напрямки покращення теплової роботи установки і зниження ресурсовитрат при позапічній обробці сталі. Визначено, що в періоди експлуатації електрода з подачею струму відзначається істотні значення градієнту температур, які зосередженні в торцевій частині. В періоди експлуатації без подачі струму спостерігається утворення локально перегрітої зони, що має форму сплющеного уздовж осі тора, яка сформувалася в результаті акумуляції тепла попереднього періоду. Отримані дані, щодо впливу подачі газу через порожнистий електрод на параметри формування високотемпературних областей ГПЕ. Показано, що подача нейтрального газу через графітований порожнистий електрод з витратами 0,05 м3/хв зміщує високотемпературну зону до периферії на 3,5–4,2 мм, а також зменшує її висоту на 1,0–1,2 мм. Проведені дослідження дозволять виконати розрахунки доцільних витрат газу і матеріалу для регулювання окисленості металу і шлаку, зменшити витрати графітованого електрода, знизити енерго- і ресурсовитрати на виробництво металу.
UKR: Виконано аналіз процесу нагріву графітованого порожнистого електрода (ГПЕ) при обробці сталі на установці «ківш-піч». Наведені результати чисельного моделювання роботи електрода. Отримані дані температурного поля електрода при подачі електроенергії і в періодах без електронавантаження. Розраховані значення Джоулевої теплоти, що виділяється в процесі роботи електрода в періоди нагріву металу на установці «ківш-піч», які склали 1,11–1,15 МВт/м3. Виконаний розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією для внутрішньої і зовнішньої поверхні ГПЕ значення якого, відповідно, склали 1,60 і 1,80 та 5–17 Вт/(м2 °С). Отримані значення температурного градієнту електрода в високотемпературній зоні, які для першого періоду нагріву досягали 8286 °С/м, а третього до 6571 °С/м. Встановлено, що в періоди охолодження електроду градієнт температур суттєво знижується і становить до внутрішньої поверхні 379 °С/м; до зовнішньої поверхні 3613 °С/м; і вертикальній площині до торця електрода 1469 °С/м. Визначені напрямки покращення теплової роботи установки і зниження ресурсовитрат при позапічній обробці сталі. Визначено, що в періоди експлуатації електрода з подачею струму відзначається істотні значення градієнту температур, які зосередженні в торцевій частині. В періоди експлуатації без подачі струму спостерігається утворення локально перегрітої зони, що має форму сплющеного уздовж осі тора, яка сформувалася в результаті акумуляції тепла попереднього періоду. Отримані дані, щодо впливу подачі газу через порожнистий електрод на параметри формування високотемпературних областей ГПЕ. Показано, що подача нейтрального газу через графітований порожнистий електрод з витратами 0,05 м3/хв зміщує високотемпературну зону до периферії на 3,5–4,2 мм, а також зменшує її висоту на 1,0–1,2 мм. Проведені дослідження дозволять виконати розрахунки доцільних витрат газу і матеріалу для регулювання окисленості металу і шлаку, зменшити витрати графітованого електрода, знизити енерго- і ресурсовитрати на виробництво металу.
Description
V. Ruban: ORCID 0000-0002-6617-296X; O. Stoianov: ORCID 0000-0002-7136-7403;K. Niziaiev: ORCID 0000-0002-9260-0964; Ye. Synehin: ORCID 0000-0002-9983-3971
Keywords
numerical modeling, ladle-furnace, graphitized hollow electrode, temperature gradient, boundary conditions, чисельне моделювання, установка «ківш-піч», графітований порожнистий електрод, градієнт температур, граничні умови, КФМЧС
Citation
Ruban V., Stoianov O., Niziaiev K., Synehin Y. Determining Changes in the Temperature Field of a Graphitized Hollow Electrode During Metal Processing Periods in Ladle-Furnace. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 2, No. 1(110). P. 109–115. DOI: 10.15587/1729-4061.2021.230002.