Вы здесь

Розробка ефективних методів рафінування сталі у проміжних ковшах МБЛЗ шляхом формування гідродинамічних потоків розплаву.

Автор: 
Єфімова Вероніка Гаріївна
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
3404U001263
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПЕРЕМЕшиваНИИ МЕТАЛЛА В ПРОМЕЖУТОЧНОМ
КОВШЕ МНЛЗ
В результате возросших требований к качеству металла значительно возрос интерес
к очистке стали от неметаллических включений путем установки перего­родок в
промежуточном ковше. Поэтому появилось одно из направлений в метал­лургии –
пропускание стали через вертикальные перегородки с отверстиями, имеющими
большое проходное сечение [74, 75]. В этом случае удаление неметал­лических
включений основано на создании благоприятных гидродинамических условий,
способствующих выносу неметаллических включений в шлаковую зону и ассимиляции
их последней. Для решения этой задачи необходим правильный выбор конструкции
ванны промежуточного ковша, конструкции перегородки, конфигурации и сечения
переточных каналов, а также схемы расположения кана­лов в перегородке.
В последние годы на металлургических заводах для организации перетока жидкого
металла в промежуточных ковшах разработаны три следующие схемы подачи
разливаемой стали в кристаллизатор [1, 8, 9,57, 60-62]:
1) подача металла из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш без
пе­регородок;
2) разливка стали через промежуточный ковш с одной перегородкой, имеющей
большое окно для прохода металла у самого днища ковша;
3) подвод жидкой стали из промежуточного ковша в кристаллизатор че­рез
вертикальную перегородку с несколькими отверстиями. В зависимости от
рас­положения и формы этих отверстий создаются потоки, которые могут
способство­вать или препятствовать попаданию неметаллических включений в
кристаллиза­тор.
2.1. Распределение скоростей потоков жидкой стали в ванне
промежуточного ковша без перегородок
На (рис. 2.1) представлена наиболее распространенная схема подачи жидкого
металла в кристаллизатор через промежуточный ковш без перегородок. Струя жидкой
стали из разливочного ковша поступает в промежуточный ковш и беспре­пятственно
перемещается с содержащимися в ней неметаллическими включе­ниями к выходному
стакану и через него к кристаллизатору.
В соответствии с известными положениями гидродинамики сплошных сред [76] над
выпускным стаканом основная масса жидкого металла непрерывно про­валивается в
конусообразном объеме с максимальной вертикальной скоростью по оси струи Vо,
величина которой зависит от высоты уровня металла H над входным сечением
стакана в промежуточном ковше (рис.2.1):
, (2.1)
где - коэффициент расхода жидкости;
- ускорение земного притяжения.
Неметаллические включения увлекаются в проваливающийся конус пе­ретекающего
металла над выходным отверстием разливочного стакана. При нали­чии
взаимопересекающихся скоростей перемещения металла происходит дефор­мация
потока. Струя после входа в стакан сжимается. Скорость ее на этом участке
возрастает, что вызывает уменьшение статического давления. При этом степень
разрежения струи увеличивается, а неметаллические включения затягиваются в нее
с большой скоростью.
Из представленной на (рис. 2.1) схемы следует, что расход радиальных по­токов,
насыщенных неметаллическими включениями, у днища ковша в направле­нии к
выходному сечению струи в стакане увеличивается. При подаче металла без
перегородок в ковше в этом месте
скапливается огромное количество неметалли­ческих включений, которые потом
интенсивно затягиваются в стакан и попадают в кристаллизатор[76].
При больших значениях критерия Рейнольдса, имеющих место при разливке стали,
скорость истечения стабилизируется, а коэффициент расхода находится на уровне
m=0,60…0,61. Средняя скорость опускания открытого уровня металла V1 в ковше
составляет [77]:
, (2.2)
где F1 – площадь сечения выпускного стакана;
F2 – горизонтальная площадь сечения всего ковша.
Из приведенной зависимости следует, что при заданном диаметре погруж­ного
стакана увеличение ширины промежуточного ковша F2 способствует сниже­нию
скорости истечения V0 и скорости перемещения металла по длине ковша Vr (рис.
2.1). По данным работ [77-79] увеличение ширины промежуточного ковша, а
следовательно и его емкости, приводит к существенному снижению содержания
неметаллических включений.
Ниже уровня входного сечения стакана потоки жидкой стали при огибании
закругленной части стакана вызывают развитие больших центробежных сил (рис.
2.2). Вследствие того, что сжатая струя окружена вихревыми потоками,
действующими в обратном направлении,
Рис. 2.1. Схема гидродинамики распространения потоков металла в промежу­точном
ковше без порогов и перегородки.
Рис. 2.2. Схема сжатия струи после входа в сталеразливочный стакан.
создается сопротивление движению верти­каль­ной струи и появляются радиальные
скорости Vr, направленные перпендику­лярно V0.
Появлению радиальных скоростей способствует также развитие конвектив­ных
потоков у поверхности футеровки ковша, равных:
, (2.3)
где b - коэффициент объемного расширения металла;
DТ – разница темпера­тур жидкого металла по оси разливочного стакана и у
поверхности футеровки;
H – высота металла в ковше.
Эти скорости направлены вдоль стен ковша вниз, а затем вдоль его днища,
способствуя вымыванию огнеупоров футеровки и доставки продуктов вымывания к
выходному стакану. При этом вокруг сечения этого стакана всегда возникает
конусообразное скопление неметаллических включений, как продуктов окисления
стали, так и частиц разрушенных огнеупоров.
На (рис. 2.3) представлена схема подачи металла к погружному стакану
кристаллизатора через промежуточный ков