Дослідження та аналіз теплоенергетичних під час позапічної обробки сталі в агрегаті ківш-піч ємністю 100 тонн - Жаданос, Олександр Володимирович; Дерев'янко, Ігор Володимирович; Петренко, М. С.; Шепетяк, Є. А.; Мацишин, В. Г. (НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024)
UKR: Мета. Температура розплаву – один з найбільш важливих технологічних параметрів, котрий контролюється під час обробки сталі на установці ківш-піч. Дослідження показали, що далеко не завжди при обробці забезпечуються режими ефективного нагрівання розплаву, що гарантовані постачальниками установок за контрактом. Причиною цього є значне відхилення значень вхідних параметрів процесу (товщини шлакового покриву, маси розплаву, температури футеровки ковша, витрат аргону, початкової температури розплаву). Температура розплаву контролюється шляхом проміжних вимірів термопарами, виконання яких можливе лише при відключенні установки, що призводить до збільшення тривалості обробки, втрат тепла і зниження енергетичного і теплового к.к.д. установки. Тому необхідно для прогнозування температури розплаву розробити математичну модель, яка, з одного боку, досить точно прогнозувала динаміку температури розплаву, а з іншого (для спрощення її інтеграції в АСУ), описувалася б досить простими аналітичними виразами з мінімумом вхідних параметрів. Також розробка математичної моделі динаміки теплового стану розплаву в агрегаті ківш-піч відкриває нові можливості задля вдосконалення існуючих систем автоматизованого управління, що є дуже важливим з точки зору реалізації парадигми Індустрія 4.0 на підприємствах гірничо-металургійного комплексу України. Методика. Розроблено теплофізичну модель динаміки теплового стану розплаву в агрегаті ківш-піч ємністю 100 т. З використанням балансових рівнянь виконано розрахунок динаміки теплового стану розплаву. Оцінені статті енергетичного балансу агрегату ківш-піч. Результати та наукова новизна. Розроблена динамічна модель теплових процесів в агрегаті ківш-піч, в якій, на відміну від отриманих раніше теплофізичних моделей врахована наявність відкритої поверхні металу, площа якої залежить від інтенсивності продувки інертним газом, а також нестаціонарність початкових умов всередині футерівки ковша. Модель адаптована до реальних промислових умов. Практична цінність. Отримані аналітичні вирази зміни температури розплаву дозволяють інтегрувати розроблену модель в існуючі АСУ позапічної обробки сталі. Аналіз статей енергетичного балансу установки показує, що існують резерви підвищення енергетичного і теплового к.к.д. установки.

ENG: The goal. The temperature of the melt is one of the most important technological parameters that is controlled during steel processing on the ladle-furnace. Research has shown that not always during processing, the regimes of effective heating of the melt are ensured, which are guaranteed by the suppliers of the equipment under the contract. The reason for this is the significant deviation of the input process parameters (thickness of the slag coating, mass of the melt, temperature of the furnace lining, argon flow rate, and initial temperature of the melt). The melting temperature is controlled by intermediate measurements using thermocouples, which can only be performed when the unit is switched off, leading to an increase in processing time, heat loss, and a decrease in the energy and thermal efficiency of the unit. Therefore, it is necessary to develop a mathematical model for predicting the melting temperature, which, on the one hand, would quite accurately predict the dynamics of the melting temperature, and on the other hand (for simplifying its integration into the ACS), would be described by fairly simple analytical expressions with a minimum of input parameters. The development of a mathematical model of the dynamics of the thermal state of the melt in the ladle-furnace unit also opens up new opportunities for improving existing automated control systems, which is very important from the point of view of imple- menting the Industry 4.0 paradigm in the enterprises of the Ukrainian mining and metallurgical complex. Methodology. A thermophysical model of the dynamics of the thermal state of the melt in a 100-ton ladle-furnace unit has been developed. Using balance equations, calculations of the dynamics of the thermal state of the melt have been carried out. The energy balance items of the ladle-furnace unit have been estimated. Results and scientific novelty. A dynamic model of thermal processes in a ladle-furnace unit has been developed. Unlike previously obtained thermophysical models, this model takes into account the presence of an open metal surface, the area of which depends on the intensity of purging with inert gas, as well as the non-stationarity of the initial conditions inside the ladle lining. The model has been adapted to real industrial conditions. Practical value. The obtained analytical expressions for the change in melt temperature allow the integration of the developed model into existing automated control systems (ACS) for secondary steelmaking. The analysis of the unit's energy balance items shows that there are reserves for increasing its energy and thermal efficiency.
Research and Analysis of Thermal Energy Processes during Secondary Steelmaking in the Ladle-Furnace with the Capacity of 100 Tons
О. Жаданос: ORCID 0000-0002-9533-9933; І. Дерев'янко: ORCID 0000-0002-4518-9535
Keywords: позапічна обробка сталі; установка ківш-піч; теплоенергетичні процеси; температура рідкої сталі; енергетичний баланс; автоматизована система управління; secondary steelmaking; ladle-furnace unit; thermal energy processes; liquid steel temperature; energy balance; automated control system; КЕМ (ІПБТ); TECHNOLOGY::Chemical engineering::Metallurgical process and manufacturing engineering