Численные исследования параметров теплообмена при инжекционной подаче порошков в расплав рельсовой стали в агрегате ковш – печь

С использованием исследования и разработки основных положений внепечной обработки рельсовой стали в агрегате ковш – печь рассмотрены особенности технологии вдувания порошкообразных реагентов в расплав через погружную фурму. В условиях продувки проанализированы характеристики влияния направленного теплового потока через условную разделительную стенку фурмы от металла к двухфазному газопорошковому потоку. С применением численных методов определены параметры влияния температуры поверхности погружной фурмы на характеристики транспортирующего газа, концентрацию порошка и его плотность, и на характеристики газопорошкового течения, в том числе коэффициент аэродинамического сопротивления, давление транспортирующего газа, разность скоростей фаз, эквивалентный диаметр, коэффициент формы частиц. Полученные результаты экспериментов показывают, что при одном и том же расходе транспортирующего газа более значительные тепловые потоки, обеспечивающие стабильную работу дутьевого устройства, создаются при использовании более легкого газа (азота), при этом диаметр порошкообразных частиц практически не влияет на количество теплоты, передаваемой от стенки фурмы к транспортирующему газу. Установлено, что при использовании погружных фурм и нагрева газопорошкового потока до температуры 500 – 600 °С в 2 – 10 раз изменяется сила межфазного взаимодействия в зависимости от коэффициента формы частиц, концентрации вдуваемого порошка, давления транспортирующего газа, разности скоростей фаз и плотности порошка.

1. Поляков В.В., Великанов А.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. Москва: Металлургия, 1990. 416 с.

2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Т. 1. Процессы выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки стали. Москва: Теплотехник, 2008. 328 с.

3. Tassot P., Reichert N. Ways of improving steel quality in the tundish // Revure de Metallurgie. 2010. Vol. 107. No. 5. P. 175–185. http://doi.org/10.1051/metal/2010020

4. Senuma T. Physical metallurgy of modern high strength steel sheets (Review) // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 6. P. 520−532. https://doi.org/10.2355/isijinternational.41.520

5. Ashrit S., Sarkar S., Chatti R.V., Sarkar C., Sarkar S. Nonmetallic LD slag fines − opportunities by invoking chemistry // Ironmaking and Steelmaking. 2020. Vol. 47. No. 8. P. 903–907. https://doi.org/10.1080/03019233.2019.1641679

6. Wang B., Shen S., Ruan Y., Cheng S., Peng W., Zhang J. Simulation of gasliquid two-phase flow in metallurgical process // Acta Metallurgica Sinica. 2020. Vol. 56. No. 4. P. 619–632. http://doi.org/10.11900/0412.1961.2019.00385

7. Yao L., Zhu R., Tang Y., Wei G., Dong K. Effect of furnace gas composition on characteristics of supersonic oxygen jets in the converter steelmaking process // Materials. 2020. Vol. 13. No. 15. Article 3353. http://doi.org/10.3390/ma13153353

8. Wilson A. Clean steel technology − fundamental to the development of high performance steels. In: Advances in the Production and Use of Steel with Improved Internal Cleanliness / J. Mahaney ed. West Conshohocken, PA: ASTM International, 1999. P. 73–88. http://doi.org/10.1520/STP12375S

9. High Chromium Ferritic and Martensitic Steels for Nuclear Applications. Klueh R.L., Harries D.R. eds. PA: ASTM, 2001. 90 p.

10. High Performance Steel and Titanium Castings. National Materials Advisor Board. Vol. 296 of Report NMAB-296. National Academy of Sciences − National Academy of Engineering, 2008. 144 p.

11. Кузнецов Ю.М. Газодинамика процессов вдувания порошков в жидкий металл. Челябинск: Металлургия, 1991. 159 с.

12. Харлашин П.С., Харин А.К. Влияние концентрации порошка на параметры газовзвеси в соплах торкрет-фурмы // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. Т. 54. № 4. С. 9–12.

13. Харлашин П.С., Чемерис Н.О. Моделирование течения газовзвеси в торкрет-фурме при различной концентрации порошка // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2009. № 1. С. 107–109.

14. Поживанов М.А. Влияние диаметра частиц на дисперсное течение в фурме для инжекционной продувки. Сообщение 1 // Извес­тия вузов. Черная металлургия. 2005. Т. 48. № 7. С. 20–24.

15. Li М., Li L., Zhang В., Li Q., Wu W., Zou Z. Numerical analysis of the particle-induced effect on gas flow in a supersonic powder-laden oxygen jet // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science. 2020. Vol. 51. No. 4. P. 1718–1730. http://doi.org/10.1007/s11663-020-01855-3

16. Кудрин В.А., Парма В. Технология получения качественной стали. Москва: Металлургия, 1984.

17. High Performance Steel and Titanium Castings. National Mate­rials Advisory Board. Report NMAB-296. National Academy of Scien­ces – National Academy of Engineering. 1973, 155 p.

18. Manning C.P., Fruehan R.J. Emerging technologies of iron and steel making // JOM. 2001. Vol. 53. No. 10. P. 36–43. https://doi.org/10.1007/s11837-001-0054-3

19. Сухомел А.С., Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В. Теплообмен и гид­равлическое сопротивление при движении газовзвеси в трубах. Москва: Энергоатомиздат, 1977. 192 с.

20. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Москва: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.