Search academic texts

Registration Number

0823U101723, PhD dissertation

Title

Development of an Energy-Efficient Metal Treatment Technology in a Ladle-Furnace Using Graphitized Hollow Electrodes

Author

Volodymyr O. Ruban,

popup.head Oleksandr Stoianov
popup.opponent Vitalii P. Piptiuk
popup.opponent Yevhen M. Sigarev
popup.review Vitaliy Petrenko
popup.review Valerii S. Mameshyn

Status

Доктор філософії, 136, Металургія

Date

16-01-2024

Description

Дисертаційну роботу присвячено розробці енергозберігаючої технології нагріву металу при використанні графітованого порожнистого електрода під час позапічної обробки сталі на підприємствах України та світу, що забезпечить покращення техніко-економічних показників роботи установки «ківш-піч» (УКП). Спираючись на проведений аналіз літературних джерел, розроблено методику експерименту та створено лабораторну установку для проведення фізичного моделювання на холодній моделі. Задачею моделювання є визначення впливу вдування газу каналом графітованого порожнистого електрода (ГПЕ) на зміну геометричних параметрів лунки сформованої в піделектродній зоні під дією електричної дуги, а також вивчення поведінки металевої ванни і шлакового покрову. Розраховані значення геометричних параметрів лунки утвореної під дією електродугового розряду в піделектродній зоні установки «ківш-піч» за базовим режимом роботи агрегату (без подачі газу). Зокрема, площа криволінійної поверхні лунки дорівнює 0,19–0,21 м2 при висоті шлакового покрову 100-¬200 мм. За результатами проведеного фізичного моделювання процесу вдування газу каналом порожнистого електрода отримані дані геометричних параметрів утвореної лунки в металевій ванні на установці «ківш-піч». Визначені раціональні витрати газу, що подається каналом графітованого порожнистого електрода. Встановлено, що надмірне збільшення інтенсивності подачі газу призводить до значного зростання глибини лунки металу, що може призвести до процесу її «захлинання» металевою ванною. Також відмічено, що шлаковий покров, який зосереджено навколо електрода, буде розриватися відкриваючи лунку, через що зростуть втрати теплоти в атмосферу агрегату. Відповідно для шлакового покрову 100 мм витрати газу складають 3–6 м3/год, а для шлаку з висотою 200 мм – 6–10 м3/год ці витрати унеможливлюють процес «захлинання» лунки і прорив шлакового шару. Визначено площу лунки, яка формується за цих витрат газу. Зокрема, для шлаку висотою 100 мм і 200 мм площа лунки становила від 0,21 до 0,23 м2 та від 0,29 до 0,35 м2 відповідно. Виконано аналіз процесу нагріву графітованого порожнистого електрода при обробці сталі на установці «ківш-піч». Отримані значення температурного градієнту електрода в високотемпературній зоні, які для першого періоду нагріву досягали 8,29 °С/мм, а третього до 6,57 °С/мм. Встановлено, що в періоди його охолодження (другий і четвертий періоди) градієнт температур суттєво знижується і становить від епіцентру тора: до внутрішньої поверхні 0,38 °С/мм; до зовнішньої поверхні 3,61 °С/мм; і вертикальній площині до торця електрода 1,47 °С/мм. Показано, що подача нейтрального газу через графітований порожнистий електрод з витратами 3 м3/год зміщує високотемпературну зону до периферії, що сприяє більш рівномірному розповсюдженню температури його об’ємом. В періоди експлуатації без подачі струму спостерігається утворення локально перегрітої зони, що має форму сплющеного уздовж осі тора, яка сформувалася в результаті акумуляції тепла попереднього періоду. Виконаний аналіз ефективності передачі теплоти від електродугового розряду, сформованого в піделектродній зоні, до металевої ванни на установці «ківш-піч» при використанні звичайного електрода і порожнистого. Встановлено частину теплоти, яка передається випромінюванням і конвекцією. Так, при висоті шлаку 100¬–200 мм та витратах газу 3–10 м3/год випромінюванням передається від 86,99% до 92,97%, а конвекцією – 7,03–13,01 %. Визначено що, для висоти шлакового покрову 100 мм при використанні звичайного електрода частина корисної теплоти отриманої металом складає 81,17%, шлаком – 18,83%, а при використанні порожнистого електрода кількість теплоти що передається металу на 1,83% більше. Для випадку з висотою шлакового покрову 200 мм кількість теплоти що передається металу збільшується на 7,25% у порівнянні зі звичайним електродом. Визначено вплив параметрів реакційної зони, що формується під ГПЕ з подачею газу, на передачу теплоти від електричної дуги до металевої ванни, так розрахункові максимальні значення приросту температури металу склали 0,6°C/хв. Результати дослідження свідчать про ефективність використання графітованих порожнистих електродів. За рахунок збільшення площі контакту дуги з металом покращуються умови передачі теплоти, що позитивно впливає на зниження витрат енергоресурсів при позапічній оброці сталі на УКП. Таким чином, використання ГПЕ з вдуванням нейтральних газів та можливістю інжекції порошкоподібних матеріалів може виявитися важливим кроком у напрямку розвитку енергозберігаючих технологій нагріву металу під час позапічної обробки в ковші.