Фізико-хімічні основи і математичне моделювання процесів дегазації при позапічній обробці сталі
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
НМетАУ, Дніпро
Abstract
UKR: Об’єкт дослідження – процеси вакуумної обробки рідкої сталі після її випуску із сталеплавильного агрегату. Мета роботи – дослідження процесів дегазації рідкої сталі при вакуумуванні та оптимізація умов зниження газонасиченості металу. Метод дослідження – використання динамічної математичної моделі, розробленої з урахуванням положень лімітування процесу дифузійними ланками перенесення кордоні метал – газова фаза. Розроблено математичні моделі дегазації металу в ківшах з продувкою аргоном з урахуванням розподілу газів з металу за трьома статтями – у бульбашки СО, у бульбашки аргону та через відкриту поверхню металу. У всіх варіантах зміни технологічних параметрів спостерігається блокування значної частини поверхні розділу метал – газова фаза потоком кисню. Це пов’язано з тим, що потоки кисню по масі приблизно на порядок вищі за потоки водню. При зміні технологічних параметрів відбувається процес саморегулювання перерозподілу потоків водню і кисню. Це в першу чергу пов’язано з великим відхиленням реакції утворення СО від рівноваги. При заміні аргону в продувному газі азотом поведінка СО і водню в бульбашках при вакуумній обробці металу практично залишається однаковим. Основу продуктів реакції зневуглецювання становить СО. У міру видалення кисню з металу вміст СО у бульбашках продувного газу падає, а за рахунок цього зростає вміст водню та азоту. Вміст СО і водню в бульбашках продувного газу не залежить від співвідношення в ньому аргону і азоту при вакуумній обробці. Оптимальне співвідношення продувної суміші можна змінювати в залежності від марки сталі, що виплавляється. Зіставлення розрахункових та експериментальних даних свідчить про досить високу адекватність моделі натурі.
ENG: The object of research is the processes of vacuum treatment of liquid steel after its release from the steelmaking unit. The purpose of the work is to study the processes of degassing of liquid steel under vacuum and optimize the conditions for reducing the gas saturation of the metal. The research method is the use of a dynamic mathematical model, developed taking into account the provisions of process limitation by diffusion links of the metal - gas phase boundary transfer. Mathematical models of degassing of metal in ladles with argon purge have been developed, taking into account the distribution of gases from metal according to three articles - in CO bubbles, in argon bubbles and through the open surface of the metal. In all variants of change of technological parameters blocking of a considerable part of a surface of a section of a metal - gas phase by a stream of oxygen is observed. This is because oxygen flows are about an order of magnitude higher than hydrogen flows. At change of technological parameters there is a process of self-regulation of redistribution of streams of hydrogen and oxygen. This is primarily due to the large deviation of the reaction of CO formation from equilibrium. When replacing argon in the purge gas with nitrogen, the behavior of CO and hydrogen in the bubbles during vacuum treatment of the metal remains almost the same. The basis of the products of the decarburization reaction is CO. As oxygen is removed from the metal, the CO content in the purge gas bubbles decreases, and due to this, the hydrogen and nitrogen content increases. The content of CO and hydrogen in the bubbles of the purge gas does not depend on the ratio of argon and nitrogen in the vacuum treatment. The optimal ratio of the purge mixture can be changed depending on the grade of steel being smelted. Comparison of calculated and experimental data indicates a fairly high adequacy of the model in kind.
ENG: The object of research is the processes of vacuum treatment of liquid steel after its release from the steelmaking unit. The purpose of the work is to study the processes of degassing of liquid steel under vacuum and optimize the conditions for reducing the gas saturation of the metal. The research method is the use of a dynamic mathematical model, developed taking into account the provisions of process limitation by diffusion links of the metal - gas phase boundary transfer. Mathematical models of degassing of metal in ladles with argon purge have been developed, taking into account the distribution of gases from metal according to three articles - in CO bubbles, in argon bubbles and through the open surface of the metal. In all variants of change of technological parameters blocking of a considerable part of a surface of a section of a metal - gas phase by a stream of oxygen is observed. This is because oxygen flows are about an order of magnitude higher than hydrogen flows. At change of technological parameters there is a process of self-regulation of redistribution of streams of hydrogen and oxygen. This is primarily due to the large deviation of the reaction of CO formation from equilibrium. When replacing argon in the purge gas with nitrogen, the behavior of CO and hydrogen in the bubbles during vacuum treatment of the metal remains almost the same. The basis of the products of the decarburization reaction is CO. As oxygen is removed from the metal, the CO content in the purge gas bubbles decreases, and due to this, the hydrogen and nitrogen content increases. The content of CO and hydrogen in the bubbles of the purge gas does not depend on the ratio of argon and nitrogen in the vacuum treatment. The optimal ratio of the purge mixture can be changed depending on the grade of steel being smelted. Comparison of calculated and experimental data indicates a fairly high adequacy of the model in kind.
Description
Л. Камкіна: ORCID 0000-0002-8329-0917; О. Величко: ORCID 0000-0002-0072-1460
Keywords
вакуумна обробка рідкої сталі, математичні моделі, вакуумування, механізм видалення кисню і водню в газову фазу, vacuum treatment of liquid steel, mathematical models, vacuuming, mechanism of removal of oxygen and hydrogen in gas phase, КТОМП, КМЧС
Citation
Камкіна Л. В., Величко О. Г., Камкін В. Ю. Фізико-хімічні основи і математичне моделювання процесів дегазації при позапічній обробці сталі. Теорія і практика металургії. 2021. № 3(128). С. 31–40. DOI: 10.34185/tpm.3.2021.05.