Череповецкий государственный университет (Череповец, Россия)
Д. В. Туманов, доцент кафедры транспортных средств и техносферной безопасности, dvtumanov@chsu.ru
А. В. Цуркан, аспирант кафедры транспортных средств и техносферной безопасности, avtcurkan@chsu.ru
В. В. Ермилов, заведующий кафедрой транспортных средств и техносферной безопасности, vvermilov@chsu.ru
Статья посвящена разработке математической модели нагрева инертного газа при подаче через полые графитированные электроды (ГЭ) в установках «ковш-печь». Актуальность обусловлена необходимостью снижения расхода ГЭ, доля которых в себестоимости расходных материалов достигает 25 %. Использование полых электродов с осевой подачей аргона позволяет вытеснить печные газы из зоны плазмообразования, стабилизировать дугу, защитить расплав от нежелательных соединений и повысить КПД нагрева, снижая потребление электродов. Обоснована необходимость нагрева аргона до температуры не менее 1000 оC на выходе из электрода для устойчивой термоэлектронной эмиссии. Представлена одномерная теплофизическая модель и уравнения теплопроводности для цилиндрической стенки. Получено аналитическое выражение для определения диаметра осевого канала в зависимости от расхода газа, теплофизических свойств и требуемой температуры нагрева. Расчеты показали, что температура аргона 1100 оC достигается при различных диаметрах отверстия (10–60 мм) подбором расхода газа. Для расхода 11,6·10–3 н·м3/с оптимальный диаметр отверстия составляет 45–53 мм. Верификация модели в ANSYS подтвердила ее адекватность: расхождение температур газа на выходе составило 70–90 оC. Установлено, что подача инертного газа снижает температуру боковой поверхности ГЭ в зоне контакта со шлаком на 80–90 оС, в зоне крышки ковша на 65–75 оС, а также уменьшает градиент сублимации электрода. Модель рекомендуется для инженерных расчетов параметров продувки инертным газом при проектировании и эксплуатации полых ГЭ в установках «ковш-печь».
1. Салиханов П. А., Невежин С. В., Туманов Д. В., Кузьминов А. Л., Виноградов В. П., Цуркан А. В. Снижение расхода графитированных электродов установки печь-ковш с использованием экспериментальных защитных металлизационных покрытий // Механическое оборудование металлургических заводов. 2023. № 2 (21). С. 46–51.
2. Галевский Г. В., Кулагин Н. М., Минцис М. Я. Экология и ресурсосбережение в электросталеплавильном производстве. – Новосибирск : Наука, 2010. – 320 с.
3. Кудрин В. А. Теория и технология производства стали : учебник для вузов. – Москва : Мир, 2003. – 528 с.
4. Егоров А. В. Электроплавильные печи черной металлургии : учебное пособие. – Москва : Металлургия, 1985. – 400 с.
5. Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В. Производство стали на агрегатах ковшпечь. – Москва : Теплотехник, 2008. – 224 с.
6. Шаталов Р. Л. Экономика металлургии : учебное пособие. – Москва : МИСиС, 2018. – 200 с.
7. Салиханов П. А., Туманов Д. В., Кузьминов А. Л., Виноградов В. П., Цуркан А. В. Увеличение стойкости графитированного электрода путем организации продувки аргоном через полый электрод // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80. № 3. С. 47–56.
8. Ерофеев М. М. Обработка стали в агрегате ковш-печь при подаче инертного газа через полые электроды: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02. – Магнитогорск, 2007. – 154 с.
9. Ткачев А. С. Исследование и оценка эффективности применения трубчатых электродов с целью снижения энергетических затрат при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах малой и средней вместимости: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02. – Магнитогорск, 2021. – 165 с.
10. Семов А. П. Исследование влияния подачи аргона через полый электрод на стабильность горения дуги в дуговых сталеплавильных печах // Металлург. 2015. № 4. С. 45–48.
11. Николаев А. А., Никифоров Г. В. Электрооборудование и режимы работы дуговых сталеплавильных печей и установок печь-ковш : учебное пособие. – Магнитогорск : Изд-во МГТУ им. Г. И. Носова, 2012. – 205 с.
12. Катунин А. И., Зинуров И. Ю. Повышение эффективности работы установки ковш-печь при использовании полых электродов // Электрометаллургия. 2018. № 5. С. 23–28.
13. Сизов A. M. Гидродинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процессах. – М. : Металлургия, 1987.– 256 с.
14. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. – М. : Мир, 1991. Т. 1.– 504 с.; Т. 2.– 552 с.
15. Поволоцкий Д. Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов : учебник для вузов по спец. «Металлургия» и «Металлургия черных металлов». – М. : Металлургия,1995.
16. Григорьев В. П., Белянчиков Ю. Н. Теоретические основы электроплавильных процессов. – М. : Металлургия, 1986. – 256 с.
17. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи : учебник для вузов. – 2-е изд., стереотип. – Москва : Энергия, 1977. – 344 с.