2.5. Холодное моделирование гидродинамики в промежуточном ковше

Для изучения гидродинамики ванны и возможности управления ею была проведена исследовательская работа, направленная на изучение возможности удаления неметаллических включений за счет ассимиляции их шлаком.

При построении физической модели на основе теории подобия методом масштабных преобразований существенных для процесса величин определили критерии подобия для рассматриваемого процесса с учётом работ [17, 18].

Наиболее существенными величинами, влияющими на процесс движения жидкости в промежуточном ковше, являются: скорость истечения жидкости из сталеразливочного ковша w_ист (м/с), плотность ρ_ж (кг/м³), динамическая вязкость μ_ж (кг/(м^.с)) и поверхностное натяжение σ_ж (кг/с²) жидкости, массовый m_ж (кг/с) и объёмный V_ж (м³/с) расход жидкости, а также объёмный расход газа V_г (м³/с). За основную исходную величину – функцию процесса_– приняли скорость жидкости в произвольной точке w_ж (м/с). В качестве граничных условий учитывали линейные параметры, определяющие геометрическое подобие – это характерные линейные размеры промежуточного ковша l_...l_i (м), диаметр сталевыпускного отверстия d_п.к. (м), высота столба жидкости h_ж (м).

Окончательный вид выбранных критериев гидродинамики представлен ниже:

– критерий Рейнольдса;

= Fr – критерий Фруда;

= We – критерий Вебера;

= М_ж – критерий физических свойств жидкости;

= М_с – безразмерный массовый расход;

= V – безразмерный объёмный расход;

= R – относительная плотность;

= D_п.к. – относительный диаметр;

= H – относительная высота жидкости в промежуточном ковше.

В целях удобства проведения эксперимента константу подобия линейных параметров приняли C_l=l^´/l=1/4. В качестве моделируемого объекта были выбраны стандартные 23-х тонный и 50-ти тонный промежуточные ковши, применяемый при непрерывной разливке стали в Конвертерных цехах №1,2 ОАО “НЛМК“. В основу методики регистрации гидродинамических процессов на модели положено введение в определённые точки ванны раствора красителя с последующим наблюдением и видеосъемкой траекторий движения окрашенных потоков с последующей раскадровкой.

2.6. Гидродинамика промежуточного ковша без установки рафинирующих устройств

На рис. 15, 16 представлены результаты холодного моделирования потоков стали в промежуточном ковше без установки рафинирующих устройств. После выхода стали из сталеразливочного ковша поток разделяется при соударении с дном ковша и устремляется к стопорам-моноблокам – так называемый принцип «короткого замыкания». Возможность удаления включений при этом за счет ассимиляции их шлаком очень мала, т.к. поток не отрывается от дна, а как бы «стелется вдоль него». Достигая стопора, часть потока затягивается в кристаллизатор, при этом включения, образовавшиеся при раскислении стали и не успевшие всплыть в стальковше, не имеют времени для всплытия и попадают в кристаллизатор и далее в непрерывнолитой слиток.

Рис. 15. Схема гидродинамики жидкой стали в промежуточном ковше без установки рафинирующих устройств

Рис. 16. Гидродинамика жидкой стали в промежуточном ковше без установки рафинирующих устройств