Статья
| Наименование | Моделирование процесса теплопереноса при дуговом глубинном восстановлении | ||||
| Авторы |
|
||||
| Раздел | Металлургия | ||||
| Год | 2023 | Выпуск | 75 | Страницы | 27 - 35 |
| УДК | 669.04:669.054.8 | EDN | IKHAZP | ||
| Аннотация | Предложена математическая модель, позволяющая оценить параметры теплопереноса при дуговом глубинном восстановлении элементов из силикомарганцевого шлака в железоуглеродистый расплав. Показано, что при использованных граничных условиях не вся реакционная поверхность рудно-восстановительного блока прогревается до температуры начала карботермического восстановления марганца и кремния. Полученные результаты хорошо согласуются с результатами опытно-промышленного опробования технологии. Предложены пути повышения эффективности процесса ДГВ, обеспечивающие увеличение степени извлечения элементов из оксидных рудно-восстановительных смесей. | ||||
| Реферат | Цель. Разработка математической модели и моделирование теплопереноса в процессе ДГВ.
Методика. Для моделирования теплопереноса от электрической дуги использована система уравнений магнитной гидродинамики, реализованная в пакете Star CCM+. Модель включает уравнения непрерывности потока, движения, энергии для газа и твердых тел, а также уравнения электромагнитного поля, выраженные с использованием скалярного электрического и векторного магнитного потенциалов. Модель использовалась совместно с граничными условиями первого и второго рода для осесимметричной постановки. При моделировании использованы термодинамические характеристики воздушной плазмы атмосферного давления. Теплофизические параметры твердых тел считались постоянными и выбирались из литературных источников. Основные параметры моделирования: ток в стальной оболочке электрода — 280 А, температура на боковой поверхности рудно-восстановительного блока — 1800 К. Результаты. Получены графики распределения температуры в электрической дуге и на различных участках реакционной поверхности рудно-восстановительного блока. Результаты моделирования сопоставлены с данными, полученными при проведении лабораторных исследований и в ходе опытно-промышленного опробования технологии ДГВ. Научная новизна. Впервые показано, что при заданных граничных условиях, выбранных на основании статистической обработки массива лабораторных и промышленных обработок по методу ДГВ, не вся рудно-восстановительная смесь прогревается до температуры начала карботермического восстановления марганца и кремния из силикомарганцевого шлака. Практическая значимость. Прогнозируемая с использованием разработанной модели степень извлечения марганца составила 70 % и достаточно близка к средней степени его извлечения (73 %), полученной на опытных обработках чугуна и стали в лабораторных и промышленных условиях. Предложены технологические рекомендации для повышения эффективности обработки расплавов методом ДГВ. |
||||
| Ключевые слова | техногенные отходы, рециклинг, раскисление-легирование, железоуглеродистый расплав, электрическая дуга, восстановление, математическая модель, теплоперенос, распределение температур, степень извлечения. | ||||
| Финансирование | |||||
| Список источников |
1. Концепция технологического развития на период до 2030 года: утв. распоряжением Правительства Рос. Федерации от 20 мая 2023 г. № 1315-р. URL: https://rospatent.gov.ru/ content/uploadfiles/technological-2023.pdf (дата обращения: 14.10.2023).
2. Об утверждении Стратегии развития металлургической промышленности РФ на период до 2030 г.: распоряжение Правительства РФ от 28 декабря 2022 г. № 4260–р. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/405963845/ (дата обращения: 14.10.2023).
3. Программа фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021–2030 годы): утв. распоряжением Правительства Рос. Федерации от 31 декабря 2020 г. № 3684–р. URL: http://static.government.ru/media/ files/skzO0DEvyFOIBtXobzPA3zTyC71cRAOi.pdf (дата обращения: 14.10.2023).
4. Электродуговая и электромагнитная обработка расплавов: монография / А. Н. Смирнов [и др.]. Алчевск: ДонГТУ, 2013. 320 с.
5. Куберский С. В. Оценка влияния теплофизических параметров рудно-восстановительных блоков на эффективность процесса дугового глубинного восстановления // Новые технологии и проблемы технических наук: сборник научных трудов по итогам междунар. науч.-практ. конф., г. Красноярск, 10 ноября 2015 г. Красноярск: ИЦРОН, 2015. № 2. С. 50–58.
6. Boulos M., Fauchais P., Pfender E. Thermal plasmas: fundamentals and applications. Vol. 1. New York: Plenum press, 1994. 452 p.
7. Лесков Г. И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. 336 с.
8. Кухарев А. Л. Моделирование электрической дуги на базе уравнений магнитной гидродинамики // Сборник научных трудов ДонГТИ. 2023. Вып. 30 (73). С. 37–46.
9. Исследование влияния состава электродной смеси на её удельное электросопротивление / С. В. Куберский, М. Ю. Проценко, М. И. Воронько, В. И. Проценко // Сборник научных трудов ДонГТУ. 2018. Вып. 10 (53). С. 70–75.
10. Галяпа А. Г., Проценко М. Ю. Исследование электросопротивления рудно-восстановительной смеси для дугового глубинного восстановления элементов // Тезисы докладов ХII науч.-техн. конф. молодых специалистов ОАО «АМК», г. Алчевск, 25 мая 2012 г. Алчевск: ОАО «АМК», 2012. С. 15–16.
11. Bowman B., Kruger K. Arc furnace physics. Dusseldorf: Stahleisen communications, 2009. 245 p.
12. Казачков Е. А. Расчеты по теории металлургических процессов: учеб. пособ. для вузов. М.: Металлургия, 1988. 288 с.
13. Куберский С. В. Анализ параметров метода дугового глубинного восстановления при одновременной обработке расплава двумя рудно-восстановительными блоками // Сборник научных трудов ДонГТУ. 2017. Вып. 7 (50). С. 79–85.
14. Гасик М. И., Лякишев Н. П. Физикохимия и технология электроферросплавов: учебник для вузов. Днепропетровск: ГНПП «Системные технологии», 2008. 453 с.
|
||||
| Полный текст |
|
||||