Рисунок 1. Схема агрегата и физико-химических процессов: 1- камера УВС; 2 - водоохлаждаемая панель; 3 - ковш; 4 - шлак; 5 - жидкая сталь; 6 - контура циркуляции; 7 - пароэжекторный насос; 8 - газоотводящий тракт; ∆Vр - объем воздуха, поступающий через неплотности; ∆VΣ- объем газовой смеси, откачиваемой насосом; qш, qс, qд, qт - потоки тепла от шлака, стенки и днища ковша, трубы газоотводящего тракта, соответственно.
При разработке технологии производства стали с использованием вакуумирования применяют расчетно-теоретические и экспериментальные методы. При этом рассматривают основные элементы процесса по отдельности. Оценивают возможности реакции взаимодействия углерода и кислорода в зависимости от давления в камере агрегата, снижение температуры металла в ковше при обработке, распределение кислорода между металлом и шлаком, определяют условия для обеспечения оптимального состава шлака по результатам экспериментов и др. В результате получают приближенные решения без учета взаимосвязи элементов и динамики процесса.
При таком подходе не учитывается тот факт что, любой металлургический технологический процесс - это система, состоящая из взаимодействующих между собой элементов (подпроцессов). Поэтому освоение технологии выполняется в течение длительного периода методом проб и ошибок на большом количестве опытных плавок.
В настоящее время продолжается освоение новых марок сталей с ультранизким содержанием углерода, водорода и азота. Для сокращения затрат на эмпирическое освоение технологии вакуумирования необходимы новые подходы к построению математической модели, которая позволила бы рассматривать процесс вакуумирования во всей его сложности, характерной для реального объекта.
В данной работе при создании математической модели процесса обработки плавки на установке вакуумирования стали (УВС) использован системный подход, выделены основные процессы и подпроцессы, установлена их взаимосвязь. Разработано математическое описание процессов тепломассообмена, взаимодействия углерода с кислородом металла и шлака, удаления газов, формирования количества, состава и давления газовой смеси в камере УВС. При описании процесса взаимодействия углерода и кислорода применен принцип аддитивности [1, 2]. Дифференциальные уравнения тепломассообмена в жидкой стали и ковше решены с использованием метода конечных разностей и алгоритмического языка программирования Borland Delphi. Выполнено тестирование алгоритмов решения дифференциальных уравнений и адаптация процессов теплопроводности, перемешивания металла в ковше при продувке аргоном, обезуглероживания и удаления продуктов реакций, формирования газовой смеси в камере УВС. Модель прошла проверку адекватности на основе экспериментальных данных, полученных в промышленных условиях, в т.ч. по динамике состава отходящих газов. На рис.2 приведены экспериментальные данные и результаты моделирования по составу отходящих газов. Как видно на рис.2, результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. Наблюдаемое различие в интервале 0-400с объясняется техническими особенностями работы газоанализатора УВС.
Рисунок 2. Изменение состава газовой смеси в процессе вакуумирования:
а - при обработке экспериментальной плавки; б - результаты моделирования.
С помощью модели исследованы и уточнены различные закономерности вышеуказанных процессов, разработаны рекомендации по совершенствованию технологии.
Созданная модель имитирует процесс обработки металла на УВС в целом с учетом взаимосвязи и динамики основных процессов, в связи с чем, возможно, ее многофункциональное использование для исследования тепломассообменных процессов и обобщения имеющихся знаний в этой области, разработки и совершенствования технологии обработки металла вакуумом для ковшевых УВС различной емкости, для обучения студентов и повышения квалификации производственного персонала металлургических предприятий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Решение задачи обезуглероживания стали в ковше при вакуумировании / З.К. Кабаков, П.З. Кабаков //Известия вузов. Чер.мет. - 2004. - №5. - с. 15-16.
- З.К. Кабаков, П.З. Кабаков, С.Н. Сумин. Применение принципа аддитивности к математическому описанию процесса обезуглероживания при вакуумировании //Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем: материалы Международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ. - 2004. - с. 57-59.
Библиографическая ссылка
Кабаков З.К., Кабаков П.З. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ СТАЛИ ПРИ КОВШЕВОМ ВАКУУМИРОВАНИИ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 3. – С. 59-61;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22434 (дата обращения: 21.11.2024).