содержание   .. 29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

7.4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ФУРМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА ДОННОЙ ПРОДУВКИ СТАЛИ В РАЗЛИВОЧНЫХ КОВШАХ
 

Как отмечалось ранее, фурма, используемая для донной продувки стали в разливочном ковше во время ее выпуска из плавильного агрегата, должна быть установлена в канал ковшевого затвора в соответствии со схемой, приведенной на рис. 103, перед его засыпкой огнеупорным порошком. После этого ковш прогревается с помощью газовой горелки, а затем подается под печь или конвертер для приема плавки. При разработке теоретических по-
ложснии расчета параметров щелевых фурм учитывались не только геометрические параметры огнеупорных элементов, формирующих канал в футеровке сталеразливочного ковша, но и условия его разогрева перед подачей под плавильный агрегат для приема и инжехщионной обработки металла, а также температурное состояние металлической фурмы непосредственно перед попаданием в ее канал жидкой стали при прекращении процесса продувки. Такой подход к решению поставленной теоретической задачи должен обеспечить повышение точности расчетов с использованием полученных зависимостей, поскольку исходные данные о начальном состоянии системы продувочного узла ковшового затвора принимаются на основании информации о температурных полях, формирующихся на различных стадиях процесса его подготовки к работе.

Схема расчетной области для задачи о затвердевании жидкой стали,
попадающей в канал фурмы при отключении подачи газа, приведена на рис. 104.

Предлагаемая математическая модель предполагает решение поставленной задачи в три этапа. На первом этапе математического моделирования определяли температурное поле футеровки в районе установки щелевой фурмы при разогреве ковша. Численные значения температуры в узловых точках расчетной области, полученные на первом этапе моделирования, использовали в качестве начальных условий второго этапа моделирования.

На втором этапе определяли температурное поле футеровки в районе установки щелевой фурмы при заполнении ковша металлом и продувке. Численные значения температуры в узловых точках расчетной области, полученные на втором этапе моделирования, использовали в качестве начальных условий третьего этапа моделирования.

На третьем этапе определяли время затвердевания металла и глубину его проникновения в щелевую фурму после окончания продувки.

При разработке математической модели приняты следующие допущения:

поперечное сечение канала фурмы имеет форму прямоугольника с размерами а х Ь;

зазоры между разливочным стаканом, гнездовыми кирпичами, штучными кирпичными изделиями, кожухом ковша, затвердевающим металлом и поверхностью канала фурмы отсутствуют (предполагается идеальный контакт);

влияние кожуха ковша и шиберного затвора на распределение температуры в районе установки щелевой фурмы не учитывается;
температурное поле формируется симметрично относительно оси щелевой фурмы;

воздух, находящийся в канале щелевой фурмы при разогреве ковша, и азот, оставшийся в канале после окончания продувки, неподвижны, т. е. их нагрев осуществляется только за счет передачи теплоты теплопроводностью.
 

В процессе математического моделирования теплового состояния расплава, попавшего в канал фурмы после прекращения подачи газа, определяли глубину проникновения металла и время его затвердевания для заданных значений размеров поперечного сечения канала а* Ь. Если расчетное значение глубины проникновения жидкой стали в канал фурмы превышало 0,5 его длины, в соответствии с алгоритмом программы уменьшали зазор между стенками фурмы на 0,1 прежнего размера а и выполнялся повторный расчет. Указанные расчетные операции повторялись до тех пор, пока глубина прохода металла в канал фурмы для вновь заданных значений размеров а х Ь оказывалась меньше половины длины ее газоподводящего тракта.

В качестве примера на рис. 105-107 приведены полученные расчетным путем температурные поля днища 250-тонного сталеразливочного ковша при его разогреве, заполнении жидким металлом и после окончания продувки. Исходными данными для выполнения расчета являлись: продолжительность разогрева ковша (3600 с), начальная температура футеровки (20 °С), температура продуктов сгорания (900 °С), температура окружающего воздуха (20 °С). длительность выпуска стали (1200 с), температура металла (ликвидус 1516 °С, солидус 1480 °С), толщина футеровки днища ковша (0,5 м), общая длина канала фурмы (1 м). При указаных значениях учитываемых параметров глубина проникновения металла в канал фурмы составляет 0,415 м при ее поперечном проходном сечении 33 х 3 мм [86],

Для оценки корректности полученных расчетным путем данных о геометрических параметрах щелевого сопла фурмы и соответствующей им глубине проникновения в ее канал жидкого металла, на которой происходила его кристаллизация, их сравнивали с результатами про-
водившихся ранее промышленных экспериментов. В ходе выполнения экспериментальных работ несколько фурм, отличавшихся геометрическими параметрами проходного сечения сопла, после окончания продувки стали в разливочных ковшах извлекали и разрезали по продольной оси [131, 149]. Сопоставительные данные о глубине проникновения металла в канал фурмы, полученные экспериментальным путем и с использованием предлагаемой математической модели, приведены в табл, 23. Степень соответствия опытных и теоретических данных позволяет использовать предложенную математическую модель для расчета оптимальных геометрических параметров щелевых металлических фурм для донной продувки стали через канал затвора разливочного ковша с учетом его вместимости, толщины футеровки днища и температурных условий разогрева перед подачей под плавильный агрегат для приема жидкого металла.