blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-7-531-537blackmet-702Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYРАСЧЕТЫ ПЛАВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ПЛОСКИХ БРИКЕТОВ В ЖИДКОЙ ВАННЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА. СООБЩЕНИЕ 2. РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ НАГРЕВА И ПЛАВЛЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО БРИКЕТАTHE CALCULATIONS OF STEEL FLAT BRIQUETTES MELTING IN LIQUID BATH OF A STEELMAKING UNIT. REPORT 2. CALCULATIONS OF HEATING AND MELTING MODES OF AN ALLOYED BRIQUETTEПостольникЮ. С.Postol’nikYu. S.

д.т.н., профессор

Dr. Sci. (Eng.), Professor

ТимошпольскийВ. И.Timoshpol’skiiV. I.

д.т.н., профессор, директор по науке и новой технике 

04136, Украина, Киев, ул. Маршала Гречко, 14

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Director of science and new equipment

14, Marshala Grechko str., Kiev, 04136, Ukraine

tree-89@mail.ruЗАО ПИИ СИТ «НЕФТЕГАЗСТРОЙИЗОЛЯЦИЯ»РоссияCJSC PII SIT “NEFTEGAZSTROIIZOLYATSIYA”Russian Federation201503102015587531537Copyright © Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И., 20152015Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И.Postol’nik Y.S., Timoshpol’skii V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/702

Аннотация. Приведены расчеты режимов нагрева и плавления термомассивной стальной плиты в форме брикета из стали ШХ15 с использованием расчетных выражений, полученных на базе метода эквивалентных источников. Рассмотрены три случая при реализации сквозной технологии «нагрев–плавление» при изменении теплофизических характеристик: коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости теплообрабатываемой стали. Для анализа погрешности продолжительности плавления брикета теплофизические характеристики задавали при начальной температуре, конечной температуре (плавления) и средней температуре брикета в процессе нагрева и плавления. Анализ результатов показал необходимость учета изменения теплофизических характеристик брикета от температуры. В расчетных соотношениях также варьировался коэффициент внешнего теплообмена. Получена графическая зависимость динамики плавления брикета в зависимости от интенсивности процесса плавления и реального размера брикета.

Abstract. The calculations of heating and cooling modes for a thermomassive slab, made of ShKh15 steel in the form of a briquette, are presented, using predictive expressions as obtained following the method of equivalent sources. Three cases of implementation of a “through” (continuous) “heating–melting” operation practices are covered, with concurrent variation of thermal and physical  properties (TPP) of the thermally treated steel, namely, – those of the thermal conductivity coefficient and heat capacity per unit volume. To analyze briquette melt-down time errors, thermophysical properties have been specified at the initial temperature, final temperature (melting), and at the briquette average temperature in the course of heating and melting. The results indicate the need for taking into account changes in thermophysical properties of briquettes due to temperature. In computational relations, the external heat exchange, αk , has been varied. A graph of the dynamics of briquette melting vs melting intensity (αk ) and the briquette actual size has been plotted.

стальной легированный брикетпродолжительность нагрева и плавлениятеплофизические свойствакоэффициент теплообменадуговая сталеплавильная печьsteel alloyed briquetteduration of heating and meltingthermal propertiescoeffi cient of heat exchangesteelmaking arc furnaceReferencesГлинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. – М.: Металлургия, 1970. – 407 с. Glinkov M.A. Teplovaya rabota staleplavil’nykh vann [Heat work of steel-making baths]. Moscow: Metallurgiya, 1970. 407 p. (In Russ.).Глинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. – М.: Металлургия, 1970. – 407 с. Glinkov M.A. Teplovaya rabota staleplavil’nykh vann [Heat work of steel-making baths]. Moscow: Metallurgiya, 1970. 407 p. (In Russ.).Тимошпольский В.И. Теплотехнологические основы металлургических процессов и агрегатов высшего технического уровня. – Минск: Навука i тэхнiка, 1995. – 256 с. Timoshpol’skii V.I. Teplotekhnologicheskie osnovy metallurgicheskikh protsessov i agregatov vysshego tekhnicheskogo urovnya [Thermal and technological basics of metallurgical processes and aggregates of the highest technical level]. Minsk: Navuka i tekhnika, 1995. 256 p. (In Russ.).Тимошпольский В.И. Теплотехнологические основы металлургических процессов и агрегатов высшего технического уровня. – Минск: Навука i тэхнiка, 1995. – 256 с. Timoshpol’skii V.I. Teplotekhnologicheskie osnovy metallurgicheskikh protsessov i agregatov vysshego tekhnicheskogo urovnya [Thermal and technological basics of metallurgical processes and aggregates of the highest technical level]. Minsk: Navuka i tekhnika, 1995. 256 p. (In Russ.).Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. – М.: Мир, 2003. – 527 с. Kudrin V.A. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva stali: Uchebnik dlya VUZov [Theory and technology of steel production]. Moscow: Mir, 2003. 527 p. (In Russ.).Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. – М.: Мир, 2003. – 527 с. Kudrin V.A. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva stali: Uchebnik dlya VUZov [Theory and technology of steel production]. Moscow: Mir, 2003. 527 p. (In Russ.).Рябов А.В., Чуманов И.В., Шишимиров М.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах. – М.: Теплотехник, 2007. – 192 с. Ryabov A.V., Chumanov I.V., Shishimirov M.V. Sovremennye sposoby vyplavki stali v dugovykh pechakh [Modern methods of steel making in arc furnaces]. Moscow: Teplotekhnik, 2007. 192 p. (In Russ.).Рябов А.В., Чуманов И.В., Шишимиров М.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах. – М.: Теплотехник, 2007. – 192 с. Ryabov A.V., Chumanov I.V., Shishimirov M.V. Sovremennye sposoby vyplavki stali v dugovykh pechakh [Modern methods of steel making in arc furnaces]. Moscow: Teplotekhnik, 2007. 192 p. (In Russ.).Гольдфарб Э.М., Шерстов Б.И. Тепло- и массообмен при плавлении лома в кислородном конвертере // Инженерно-физический журнал. 1970. Т. 18. № 3. С. 492 – 498. Gol’dfarb E.M., Sherstov B.I. Heat and mass exchange at bar melting in an oxygen converter. IFZh. 1970. Vol. 18, no. 3, pp. 492–498. (In Russ.).Гольдфарб Э.М., Шерстов Б.И. Тепло- и массообмен при плавлении лома в кислородном конвертере // Инженерно-физический журнал. 1970. Т. 18. № 3. С. 492 – 498. Gol’dfarb E.M., Sherstov B.I. Heat and mass exchange at bar melting in an oxygen converter. IFZh. 1970. Vol. 18, no. 3, pp. 492–498. (In Russ.).Гольдфарб Э.М., Шерстов Б.И. Применение неявной конечноразностной схемы для исследования плавления лома в условиях кислородного конвертера // Инженерно-физический журнал. 1971. Т. 19. № 4. С. 17 – 19. Gol’dfarb E.M., Sherstov B.I. Application of an implicit fi nite-difference scheme to study bar melting in an oxygen converter. IFZh. 1971. Vol. 19, no. 4, pp. 17–19. (In Russ.).Гольдфарб Э.М., Шерстов Б.И. Применение неявной конечноразностной схемы для исследования плавления лома в условиях кислородного конвертера // Инженерно-физический журнал. 1971. Т. 19. № 4. С. 17 – 19. Gol’dfarb E.M., Sherstov B.I. Application of an implicit fi nite-difference scheme to study bar melting in an oxygen converter. IFZh. 1971. Vol. 19, no. 4, pp. 17–19. (In Russ.).Крупенников С.А., Филимонов Ю.П. О диффузионном плавлении стали в жидком чугуне // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 1. С. 140 – 142. Krupennikov S.A., Filimonov Yu.P. On diffusion steel melting in liquid cast iron. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1979, no. 1, pp. 140–142. (In Russ.).Крупенников С.А., Филимонов Ю.П. О диффузионном плавлении стали в жидком чугуне // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 1. С. 140 – 142. Krupennikov S.A., Filimonov Yu.P. On diffusion steel melting in liquid cast iron. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1979, no. 1, pp. 140–142. (In Russ.).Крупенников С.А., Филимонов Ю.П. К вопросу о математическом моделировании процесса нагрева стали в жидком чугуне // Изв. вуз. Черная металлургия. 1983. № 3. С. 108 – 111. Krupennikov S.A., Filimonov Yu.P. The problem of mathematical modeling of a steel heating process in liquid cast iron. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1983, no. 3, pp. 108–111. (In Russ.).Крупенников С.А., Филимонов Ю.П. К вопросу о математическом моделировании процесса нагрева стали в жидком чугуне // Изв. вуз. Черная металлургия. 1983. № 3. С. 108 – 111. Krupennikov S.A., Filimonov Yu.P. The problem of mathematical modeling of a steel heating process in liquid cast iron. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1983, no. 3, pp. 108–111. (In Russ.).Павлюченков И.А., Кривко Е.М., Чуб П.И. Кинетика плавления коржей шлака силикомарганца в конвертере // Изв. вуз. Черная металлургия. 1987. № 7. С. 11 – 13. Pavlyuchenkov I.A., Krivko E.M., Chub P.I. Kinetics of manganesesilicon clinker cakes melting in a converter. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1987, no. 7, pp. 11–13. (In Russ.).Павлюченков И.А., Кривко Е.М., Чуб П.И. Кинетика плавления коржей шлака силикомарганца в конвертере // Изв. вуз. Черная металлургия. 1987. № 7. С. 11 – 13. Pavlyuchenkov I.A., Krivko E.M., Chub P.I. Kinetics of manganesesilicon clinker cakes melting in a converter. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1987, no. 7, pp. 11–13. (In Russ.).Носков А.С., Жучков В.И., Завьялов А.Л. Плавление ферросплавов в железоуглеродистом расплаве // Изв. вуз. Черная металлургия. 1985. № 10. С. 32 – 37. Noskov A.S., Zhuchkov V.I., Zav’yalov A.L. Ferroalloy melting in iron-carbon melt. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1985, no. 10, pp. 32–37. (In Russ.).Носков А.С., Жучков В.И., Завьялов А.Л. Плавление ферросплавов в железоуглеродистом расплаве // Изв. вуз. Черная металлургия. 1985. № 10. С. 32 – 37. Noskov A.S., Zhuchkov V.I., Zav’yalov A.L. Ferroalloy melting in iron-carbon melt. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1985, no. 10, pp. 32–37. (In Russ.).Пантелеева Н.В., Филимонов Ю.П. Нагрев и плавление легкоплавких ферросплавов в жидкой стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. № 11. С. 156 – 157. Panteleeva N.V., Filimonov Yu.P. Heating and melting of fusible ferroalloys in liquid steel. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1982, no. 11, pp. 156–157. (In Russ.).Пантелеева Н.В., Филимонов Ю.П. Нагрев и плавление легкоплавких ферросплавов в жидкой стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. № 11. С. 156 – 157. Panteleeva N.V., Filimonov Yu.P. Heating and melting of fusible ferroalloys in liquid steel. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1982, no. 11, pp. 156–157. (In Russ.).Румянцев В.Д., Ольшанский В.М. Теплотехника: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.И. Губинского. – Днепропетровск: Пороги, 2002. – 325 с. Rumyantsev V.D., Ol’shanskii V.M. Teplotekhnika: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Thermal engineering: Textbook for universities]. Gubinskii V.I. ed. Dnepropetrovsk: Porogi, 2002. 325 p. (In Russ.).Румянцев В.Д., Ольшанский В.М. Теплотехника: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.И. Губинского. – Днепропетровск: Пороги, 2002. – 325 с. Rumyantsev V.D., Ol’shanskii V.M. Teplotekhnika: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Thermal engineering: Textbook for universities]. Gubinskii V.I. ed. Dnepropetrovsk: Porogi, 2002. 325 p. (In Russ.).Коздоба Л.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. – М.: Наука, 1975. – 237 с. Kozdoba L.A. Metody resheniya nelineinykh zadach teploprovodnosti [Methods of solving the nonlinear problems of heat conductivity]. Moscow: Nauka, 1975. 237 p. (In Russ.).Коздоба Л.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. – М.: Наука, 1975. – 237 с. Kozdoba L.A. Metody resheniya nelineinykh zadach teploprovodnosti [Methods of solving the nonlinear problems of heat conductivity]. Moscow: Nauka, 1975. 237 p. (In Russ.).Теплотехника металлургического производства. Т. 1. Теоретические основы: Учеб. пособие для вузов. / В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов и др. / Под ред. В.А. Кривандина. – М.: МИСиС, 2002. – 608 с. Krivandin V.A., Arutyunov V.A., Belousov V.V., Krupennikov S.A., Sborshchikov G.S., Kobakhidze V.V., Egorov A.V., Filimonov Yu.P. Teplotekhnika metallurgicheskogo proizvodstva [Thermal engineering in metallurgical production]. Krivandin V.A. ed. Vol. 1. Teoreticheskie osnovy: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Theoretical basics: Textbook for universities]. Moscow: MISiS, 2002. 608 p. (In Russ.).Теплотехника металлургического производства. Т. 1. Теоретические основы: Учеб. пособие для вузов. / В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов и др. / Под ред. В.А. Кривандина. – М.: МИСиС, 2002. – 608 с. Krivandin V.A., Arutyunov V.A., Belousov V.V., Krupennikov S.A., Sborshchikov G.S., Kobakhidze V.V., Egorov A.V., Filimonov Yu.P. Teplotekhnika metallurgicheskogo proizvodstva [Thermal engineering in metallurgical production]. Krivandin V.A. ed. Vol. 1. Teoreticheskie osnovy: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Theoretical basics: Textbook for universities]. Moscow: MISiS, 2002. 608 p. (In Russ.).Тимошпольский В.И., Постольник Ю.С., Андрианов Н.В. Теоретические основы теплофизики и термомеханики в металлургии. – Минск: Бел. навука, 2005. – 560 с. Timoshpol’skii V.I., Postol’nik Yu.S., Andrianov D.N. Teoreticheskie osnovy teplofi ziki i termomekhaniki v metallurgii [Theoretical foundations of thermal physics and thermal mechanics in metallurgy]. Minsk: Bel. nauka. 2005. 560 p. (In Russ.).Тимошпольский В.И., Постольник Ю.С., Андрианов Н.В. Теоретические основы теплофизики и термомеханики в металлургии. – Минск: Бел. навука, 2005. – 560 с. Timoshpol’skii V.I., Postol’nik Yu.S., Andrianov D.N. Teoreticheskie osnovy teplofi ziki i termomekhaniki v metallurgii [Theoretical foundations of thermal physics and thermal mechanics in metallurgy]. Minsk: Bel. nauka. 2005. 560 p. (In Russ.).Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И. Расчеты плавления стальных плоских брикетов в жидкой ванне сталеплавильного агрегата. Сообщение 1. Математическая постановка задачи и аналитическое решение // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 6. С. 455 – 459. Postol’nik Yu.S., Timoshpol’skii V.I. The calculations of steel fl at briquettes melting in liquid bath of a steelmaking unit. Report 1. Mathematical formulation of the problem and analytical solution. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015, Vol. 58, no. 6, pp. 455–459. (In Russ.).Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И. Расчеты плавления стальных плоских брикетов в жидкой ванне сталеплавильного агрегата. Сообщение 1. Математическая постановка задачи и аналитическое решение // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 6. С. 455 – 459. Postol’nik Yu.S., Timoshpol’skii V.I. The calculations of steel fl at briquettes melting in liquid bath of a steelmaking unit. Report 1. Mathematical formulation of the problem and analytical solution. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015, Vol. 58, no. 6, pp. 455–459. (In Russ.).Тимошпольский В.И., Трусова И.А. К расчету нагрева массивного металла в пламенных печах // Изв. вуз. Энергетика. 1985. № 1. С. 103 – 106. Timoshpol’skii V.I., Trusova I.A. To the issue of calculations of bulk metal heating in fl ame furnaces. Izvestiya vuzov. Energetika. 1985, no. 1, pp. 103–106. (In Russ.).Тимошпольский В.И., Трусова И.А. К расчету нагрева массивного металла в пламенных печах // Изв. вуз. Энергетика. 1985. № 1. С. 103 – 106. Timoshpol’skii V.I., Trusova I.A. To the issue of calculations of bulk metal heating in fl ame furnaces. Izvestiya vuzov. Energetika. 1985, no. 1, pp. 103–106. (In Russ.).Постольник Ю.С. Термоупругие напряжения в металле с зависящими от температуры свойствами при лучистом нагреве // Изв. вуз. Черная металлургия. 1983. № 6. С. 111 – 114. Postol’nik Yu.S. Thermoelastic stresses in metal with properties dependending on temperature at radiant heating. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1983, no. 6, pp. 111–114. (In Russ.).Постольник Ю.С. Термоупругие напряжения в металле с зависящими от температуры свойствами при лучистом нагреве // Изв. вуз. Черная металлургия. 1983. № 6. С. 111 – 114. Postol’nik Yu.S. Thermoelastic stresses in metal with properties dependending on temperature at radiant heating. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1983, no. 6, pp. 111–114. (In Russ.).Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: Справочник. / Под ред. Б.Е. Неймарк. – М.-Л.: Энергия, 1967. – 239 с. Fizicheskie svoistva stalei i splavov, primenyaemykh v energetike. Spravochnik [The physical properties of steels and alloys used in the energy sector: Manual]. Neimark B.E. ed. Moscow–Leningrad: Energiya, 1967. 239 p. (In Russ.).Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: Справочник. / Под ред. Б.Е. Неймарк. – М.-Л.: Энергия, 1967. – 239 с. Fizicheskie svoistva stalei i splavov, primenyaemykh v energetike. Spravochnik [The physical properties of steels and alloys used in the energy sector: Manual]. Neimark B.E. ed. Moscow–Leningrad: Energiya, 1967. 239 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.