Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШЛАКОВОГО РЕЖИМА ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Харламов Д.А., Черноусов С.Г., Серкин М.А.

С целью введения максимальной мощности в течение всего периода внепечной обработки в АКП и снижения расхода огнеупоров необходимо экранировать электрические дуги при помощи шлака [1,2]. Кроме того, для некоторых марок стали (ШХ15) необходимо уделять особое внимание процессу десульфурации, т.к. конечное содержание серы должно быть ≤0,01%. Поэтому на основе экспериментальных исследований в ЭСПЦ «ОЭМК» разработан алгоритм [3] для расчета оптимального шлакового режима внепечной обработки в АКОС.

Функционирование алгоритма осуществляется следующим образом: при установлении ковша в рабочее положение вводятся исходные данные, описывающие актуальные технологические параметры конкретной плавки, такие как масса металла и толщина шлака, химсостав шлака, температура металла, которые были измерены на установке вакуумирования или установке продувки аргоном, а также начальное и необходимое (конечное) содержание серы в металле.

После этого, по ходу нагрева металла в АКОС осуществляется непрерывный расчет текущей толщины шлака, с использованием зависимости

Ншл = -0,5×ΔI2 - 1,04×ΔI + 23,17, (R=0,93)                     (1)

где уровень флуктуаций фазовых токов (ΔI), находили по формуле стандартного отклонения разности между номинальным (Iн) и n - измеренными значениями силы тока дуг (Iдi) по ходу нагрева металла:

ΔI = [ f( f((Iн - Iдi)/n) - (Iн - Iдi))/(n-1)]0,5.        (2)

При этом происходит сравнение величины Ншл и длины электрических дуг, которые рассчитываются по формуле:

lд = (Uд - Ua)/β                                     (3)

где β - градиент напряжения в дуге, β = 1000 В/м, Uд - напряжение на дуге, Uд = f, В, Х - индуктивное сопротивление токопровода АКОС, Ом, Rэд - сопротивление электрода, Ом, U - вторичное фазовое напряжение агрегата, В, φд-фд-св - угловые коэффициенты излучения дуг на футеровку ковша и водоохлаждаемый свод.

Если lд > Ншл, необходимо экранировать дуги при помощи шлака, путем добавки извести. Необходимая добавка извести рассчитывается по формуле

ΔНшл = 0,0035×Gизв                                               (4)

где Gизв - количество введенной извести, кг.

После этого заново проверяется условие экранирования. Если lд > Ншл, проверяется условие достижения заданной конечной концентрации серы с металле. При этом учитывают необходимое значение [S]кон для каждой марки.

Если текущая концентрация серы [S]t>[S]кон, то необходимо принять меры для ее удаления, путем обеспечения заданной величины основности и толщины шлака.

Для анализа эффективности применения предлагаемого алгоритма управления шлаковым режимом в АКОС проводили исследования удельного расхода электроэнергии в зависимости от толщины слоя шлака в ковше. Т.к. для одной и той же марки стали температурный режим обработки примерно одинаков, удельный расход электроэнергии (Qуд, кВт×ч/т) будет зависеть от вводимого количества ферросплавов и шлакообразующих (т.к. они обладают охлаждающим эффектом), времени обработки на АКОС (tоб), c учетом средней скорости охлаждения расплава без подогрева - примерно 0,5 °С/мин. Для обеспечения равных условий во всех исследуемых плавках и учета вышеуказанных факторов расход электроэнергии определяли по формуле

Qуд = f- Qлег - Qохл,                         (5)

где f - фактический удельный расход электроэнергии, определяемый согласно паспортным данным внепечной обработки стали, кВт×ч/т;

Qлег - охлаждающий эффект вводимых добавок, определяемый как

Qлег = ΔТлег× Gме× fме,                              (6)

где ΔТлег - охлаждающий эффект вводимой добавки,

fме - теплоемкость жидкой стали, равная 0,189 кВт×ч/(т×град),

Qохл - охлаждение расплава за время продувки его аргоном (без подогрева),

Qохл = Vохл× fме×tоб,                  (7)

где Vохл - средняя скорость охлаждения расплава во время продувки его аргоном.

Анализ полученных уравнений регрессии [3] показывает, что имеется достоверная зависимость между расходом электроэнергии и толщиной шлака в ковше. С увеличением величины Ншл удельный расход электроэнергии уменьшается, что связано с уменьшением величины открытой части электрических дуг и уменьшением тепловых потерь с отходящими газами и охлаждающей водой. Линии регрессии для стали 45 и ШХ15 имеют незначительные отличия друг от друга, что свидетельствует о том, что приведенные зависимости идентичны для любой марки стали.

Таким образом, оптимальной толщиной шлака следует считать величину 13¸15 см для стали 45 и 13¸17 см для стали ШХ15. При этом полностью экранируются электрические дуги, уменьшается расход электроэнергии, коэффициент усвоения ферросплавов находится на максимальном уровне и достигается экономия извести.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии. М.: Металлургия, 1985.-280с.
  2. Морозов А.Н. Современное производство стали в дуговых печах. - Челябинск: Металлургия, 1987. - 175 с.
  3. Харламов Д.А., Меркер Э.Э. Труды международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в ХХI веке», Ст. Оскол: ООО «ТНТ», 2004. Т2., с. 238-241.

Библиографическая ссылка

Харламов Д.А., Черноусов С.Г., Серкин М.А. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШЛАКОВОГО РЕЖИМА ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 2. – С. 55-56;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5733 (дата обращения: 07.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074