Технические науки/1.Металлургия.

асп. Шолохова Я. А.

Днепродзержинский государственый технический университет, Украина

К вопросу о разработке и совершенствовании технологии внепечной обработки металлических расплавов дисперсными материалами

В настоящее время, в связи со значительным подорожанием материальных и энергетических ресурсов, особенно актуальным становится вопрос выживания металлургической индустрии Украины. Выход из создавшегося положения возможен посредствам разработки новых и совершенствования существующих ресурсо- и энергосберегающих технологий, позволяющих, на фоне снижения себестоимости продукции, выпускать качественные изделия.

Одним из ключевых звеньев в цепочке получения качественной металлопродукции является внепечная обработка стали, без которой сейчас не обходится ни одно современное металлургическое предприятие. Именно благодаря переносу части технологических операций в ковш, который в результате этого стал практически отдельным агрегатом, стало возможным значительное улучшение специальных и служебных свойств стальных изделий. В таких агрегатах, называемых ковш-печь (ladle-Jurnacе) производятся операции раскисления, модифицирования, доводки до требуемого химического состава и температуры.

Следует отметить большое многообразие различных способов внепечной обработки металла: ПА (САВ), ПП (ТN), ТСШ, СШ, Р, ISID, УД, ВУ, ПВ(РН), ЦВ (RH), а также установки ковш-печь (LF), (ASED-SKF), (VAD), (VOD) и др. Как правило, все они предпологают интенсификацию перемешивания жидкого металла в ковше. При этом, если в ковшах большой вместимости естественные конвективные потоки зачастую дают возможность избежать использования дополнительных средств перемешивания, то в малых ковшах применение дополнительных источников энергии просто необходимо.

Как правило, на заводах большой металлургии для интенсификации перемешивания используют нейтральный газ. Чаще всего для этих целей используется аргон, подаваемый в толщу металла либо через верхние (иногда вращающиеся) или донные фурмы. Поскольку аргон является побочным продуктом технологии получения кислорода, применяемого для обезуглероживания чугуна, проблем с этим газом на крупных металлургических предприятиях, имеющих полный классический цикл получения стали, практически нет.

К сожалению, практика работы крупных металлургических предприятий показала отсутствие гибкости, приспособляемости таких производств к постоянно меняющейся коньюктуре рынка. Именно поэтому в настоящее время всё большее распространение получают металлургические мини-заводы [1], имеющие в своём составе электрические печи. К таким заводам также можно отнести предприятия литейного производства и заводы, имеющие агрегаты прямого получения железа.

Такие предприятия, благодаря наличию агрегатов небольшой вместимости, могут очень быстро перестроиться на выпуск другой продукции, что делает их практически "непотопляемыми" в условиях рыночной экономики. Однако их недостаток состоит в сложности развития внепечной обработки металла. Очевидно, что завозить и использовать аргон, поставляемых в баллонах, не является в этом случае рентабельным. Более эффективным способом перемешивания жидкого металла, на наш взгляд, является использование электромагнитного перемешивания.

В этом случае сектор кожуха ковша выполняется из немагнитной (нержавеющей) стали. Ковш с жидким металлом устанавливается на стенд, оборудованный УЭМПМ, немагнитной стороной к индуктору, что обеспечивает минимальные потери энергии при наведении бегущего магнитного поля.

Вопросы тепломассообмена в ковшах большой вместимости достаточно широко освещены в литературе [2-5]. Детальные исследования, проведенные как отечественными [2,3], так и зарубежными [4,5] исследователями, позволяют определить как место ввода реагентов в ковш, так и их физические и химические характеристики. К сожалению, проведённый нами достаточно глубокий аналитический обзор не позволил выявить достаточно стройных теоретических и практических обоснований способов и методов ввода дисперсных реагентов в ковши малой вместимости.

Решение поставленной задачи должно носить комплексный характер, объединяя представления ряда смежных научных дисциплин – гидродинамики, теории фазовых переходов, теплотехника. Знание закономерностей процессов, протекающих при внепечной обработке в ковше малой вместимости, позволит поднять на новый уровень управления качеством продукции.

В связи с этим, в условиях внепечной обработки металла в ковшах малой вместимости, следует решить следующие вопросы:

· исследование гидродинамических и тепломассообменных процессов, в том числе в условиях электромагнитного перемешивания, с целью определения конкретных механизмов воздействия на процесс ускорения и более полной обработки;

· исследование тепломассообменных процессов при растворении и расплавлении дисперсных реагентов;

· разработка и совершенствование способов и методов ввода дисперсных материалов в обрабатываемый металл.

Для получения ответов на поставленные вопросы следует использовать аппарат физического и математического моделирования с доказательством адекватности полученных результатов. Все эксперименты должны носить активный характер и проводиться с использованием повереных датчиков.

Решение всего комплекса поставленных задач позволит существенно повысить качество металла, обрабатываемого в ковшах малой вместимости на фоне снижения себестоимости продукции и повышения её конкурентоспособности.

Литература:

1. Металлургические мини-заводы / А.Н. Смирнов, В.М. Сафонов, Л.В. Дорохова, А.Ю. Цупрун. – Донецк: Норд – Пресс, 2005. – 469 с.

2. Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками: монография / Д.А. Дюдкин, С.Ю. Бать, С.Е. Гринберг, В.В.Кисиленко, В.П. Онищук; под общ. ред. д.т.н., проф. Д.А. Дюдкина. – Донецк: ООО "Юго-Восток", 2002. – 296 с.

3. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов: учеб. пособие / М.Я. Меджибожский. – К.-Донецк: Вища школа, 1979. – 280 с.

4. Кудрин В.А. Металлургия стали. – М.: Металлургия, 1980. – 560 с.

5. Могутнов Б.М. Термодинамика железо-углеродистых сплавов / Б.М. Могутнов, И.А. Томилин. – М.: Металлургия, 1972. – 328 с.