Численное исследование гидродинамики расплава в установке ковш–печь постоянного тока

Abstract

При внепечной обработке стали в сталеразливочном ковше с использованием подогрева электрической дугой (установка ковш-печь) существенное влияние на интенсификацию газовыделения из металлического расплава и его взаимодействие с вводимыми в ковшевую ванну раскислителями и легирующими присадками оказывает перемешивание расплава. Формирование сложного движения в системе газДметаллический расплав происходит в результате взаимодействия всплывающих пузырей инертного газа с расплавом при барботаже ванны газом, а также за счет электромагнитной силы, возникающей в объеме расплава при прохождении через ванну электрического тока. С целью количественной оценки степени перемешивания стали в ковше в статье используется метод математического моделирования. Для описания гидродинамических процессов привлекается трехмерная модель, учитывающая асимметричное расположение продувочной фурмы. Электромагнитные процессы в сталеразливочном ковше описываются в осесимметричном приближении. Для задания распределения плотности тока на свободной поверхности расплава используются ранее опубликованные результаты моделирования магнитогазодинамических процессов в столбе сильноточной дуги. Проведен сравнительный анализ раздельного влияния различных силовых факторов и их комбинации на движение расплавленного металла в ковше. Установлено, что электромагнитные силы способствуют уменьшению застойных зон в расплаве. При заданной производительности продувки ванны инертным газом из двух параметров дугового разряда (тока и длины дуги) более эффективным средством интенсификации перемешивания жидкого металла в ковше является ток дуги.

At out-of-furnace treatment of steel in casting ladle with application of electric arc heating (ladle-furnace unit) melt stirring has a significant influence on intensification of gas evolution from the metal melt and its interaction with deoxidizers and alloying fillers added to the ladle bath. Formation of complex motion in gas-metal melt system occurs as a result of interaction of floating inert gas bubbles with the melt and bath sparging by gas, as well as due to electromagnetic force arising in the melt volume at electric current passage through the bath. Mathematical simulation method is used in the paper for quantitative evaluation of the extent of steel stirring in the ladle. A 3d model allowing for asymmetrical layout of blow-off tuyere, is used to describe hydrodynamic processes. Electromagnetic processes in the casting ladle are described in axisymmetric approximation. Earlier published results of simulation of magnetogasdynamic processes in the column of high-current arc, are used to assign current density distribution on melt free surface. Comparative analysis of separate influence of various force factors and their combination on molten metal movement in the ladle was performed. It is established that electromagnetic forces promote reduction of stagnant zones in the melt. At the specified efficiency of bath blowing by inert gas, of the two parameters of arc discharge (current and arc length) arc current is the more effective tool for intensification of liquid metal stirring in the ladle.