О МЕХАНИЗМЕ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛА И ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА В ДУГОВОЙ ПЕЧИ

Предложена математическая модель процесса обезуглероживания при непрерывной подаче окатышей и использовании топлив- но-кислородных горелок с учетом изменения по ходу плавки окисленности шлака и распределения кислорода на окисление компонентов расплава. Алгоритм и программу предложенной модели можно использовать для расчета управляемого окислительного рафинирования при электроплавке железорудных металлизованных окатышей в ванне дуговой печи. Рассмотрены рассчитанные по модели кривые составляющих процесса обезуглероживания металла, окисленности шлака и скорости нагрева металла от обезуглероживания в течение периода плавки стали до достижения конечной массы металла в ванне 150-т дуговой сталеплавильной печи при разных расходах окатышей и постоянного количества кислорода топливно-кислородных горелок на плавку. Данные подтверждают решающий вклад кислорода от топливно-кислородных горелок в обезуглероживание расплава. Общий вид кривых изменения составляющих процесса обезуглероживания совпадает с литературными и опытными данными. Это обстоятельство позволяет осуществлять эффективное управление электрическими параметрами электроплавки (током в электродах, ступенями напряжения и др.), что обеспечивает максимальное излучение электрических дуг на поверхность металла и шлака. Таким образом, подача кислорода через топливно-кислородные горелки позволяет реализовать технические решения по электроплавке окатышей в зоне высоких температур печи. При этом потоки окатышей, сыпучих материалов и газовых смесей концентрируются в области влияния электрических дуг на поверхности расплава, где процессы нагрева и плавления осуществляются с более высокими скоростями, чем во всех известных способах загрузки железорудных металлизованных окатышей в агрегат, что позволяет достигнуть более высоких технико-экономических и энерго-технологических показателей плавки металлизованных окатышей.

1. Бартенева О.П., Меркер Э.Э. Исследование процессов нагрева и обезуглероживания металла в 150-т дуговой печи с переменной массой ванны // Изв. вуз. Черная металлургия. 2001. № 9. С. 65-66.

2. Белковский А.Г., Филиппов С.Ф., Кац Я.Л. Оптимальное содержание углерода в шихте ДСП // Металлург. 2012. № 11. С. 31 -37.

3. Бигеев А.М., Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - 544 с.

4. Гугля В.Г. Горение углерода в шлаковом расплаве // Изв. вуз. Черная металлургия. 2006. № 1. С. 9 - 13.

5. Копцев В.В., Казаков О.В., Горбулин В.И. Физическое моделирование аэродинамики сопла горелочного устройства с центральным телом // Металлург. 2007. № 8. С. 81 - 82.

6. Лапшин И.В. Автоматизация технологических процессов дуговой сталеплавильной печи. - М.: ООО «Квадратум», 2000. -280 с.

7. Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю. Способы интенсификации плавки в дуговых печах // Электрометаллургия. 2005. № 9. С. 2 - 6.

8. Деревянченко И.В., Лозин Г.А., Шумахер Е. А. и др. Совершенствование условий энергосбережения электросталеплавильного производства // Сталь. 2005. № 1. С. 45 - 50.

9. Киселев АД., Зинуров И.Ю., Макаров Д.И. и др. Эффективность применения газокислородных горелок в современных дуговых сталеплавильных печах // Металлург. 2006. № 10. С. 60-62.

10. Лозин Г.А., Шумахер Э.А., Шумахер Э.Э. и др. Эффективность рассредоточения дутья при интенсификации сталеплавильного процесса // Металлург. 2004. № 12. С. 47 - 50.

11. Макаров А.И. Теория и практика теплообмена в электродуговых и факельных печах, топках, камерах сгорания. - Тверь: ТГТУ 2007.- 184 с.

12. Меркер Э.Э., Черменев Е.А. Математическая модель обезуглероживания металла при электроплавке железорудных окатышей в дуговой печи // Сталь. 2014. № 3. С. 28 - 33.

13. Меркер Э.Э., Черменев Е.А., Степанов В.А. Энергосберегающий режим электроплавки металлизованных окатышей в ванне дуговой печи // Электрометаллургия. 2015. № 2. С. 2 - 7.

14. Пат. 2567424 РФ. Способ плавки стали из железорудных металлизованных окатышей в дуговой сталеплавильной печи / Э.Э. Меркер, Е.А. Черменев, В.А. Степанов и др.; опубл. 10.11.2015. Бюл. №31.

15. Падерин С.Н., Падерин Е.П. Термодинамика и расчеты процесса глубокого обезуглероживания стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 10. С. 19 -24.

16. Падерин С.Н., Падерин П.С., Кузьмин И.В. Термодинамическое моделирование окислительных процессов при обезуглероживании стали // Изв. вуз. Черная металлургия. 2003. № 5. С. 6 - 11.

17. Падерин С.Н., Филиппов В.В. Теория и расчеты металлургических систем и процессов. - М.: МИСиС, 2002. - 333 с.

18. Хмелева С.Л., Падалко А.Г. Математическое моделирование процесса обезуглероживания в электродуговой печи // Тр. Всероссийской науч.-практич. конф. «Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии». -Новокузнецк: СибГИУ 2011. С. 347-355.

19. Черняховский Б.П., Кручинин А.М., Смоляренко ВД. Энергетические преимущества электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты // Электрометаллургия. 2005. № 6. С. 18 -24.

20. Logar V., Dovzan D., Skrjanc I. Mathematical Modeling and Experimental Validation of an Electric Arc Furnace // ISIJ international. 2011. Vol. 51. No. 3. P. 382 - 391.