Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы по исследуемой проблеме 6
1.1. Современное состояние в области применения защитных шлакообразующих смесей для
промковшей 6
1.2. Основные требования к процессу формирования защитных ШОС 20
Выводы по главе 26
Постановка задачи 28
2. Физико-химические и теплофизические основы формирования шлаковой системы с заданными свойствами 29
Выводы по главе 47
3. Методика исследований 48
3.1. Лабораторное исследования физико-химических свойств базовых составов смесей 48
3.2. Промышленные испытания разработанных составов 51
3.3. Изучение характера потоков металла в промежуточном ковше 52
4. Совершенствование эксплуатационных и технологических характеристик защитного покровного шлака для промежуточного ковша 57
4.1. Ингредиенты, применяемые при формировании ШОС 57
4.2. Лабораторные исследования 59
4.3. Разработка и испытание защитных ШОС в производственных условиях 59
4.4. Заключение по результатам испытаний ШОС типа П4 79
5. Оптимизация потоков металла в промежуточном ковше для улучшения ассимиляции неметаллических включений шлаком 80
5.1. Условия всплывания неметаллических включений 80
5.2. Моделирование потоков в промежуточном ковше 87
Выводы по главе 118
6. Внедрение разработанных составов утепляюще-рафинирующих смесей в производство ... 119
6.1. Организация промышленного изготовления смесей 119
6.2. Применение разработанных утепляюще-рафинирующих смесей на металлургических заводах 120
6.3. Технико-экономические преимущества применения разработанных составов утепляющее-рафинирующих смесей 121
6.4. Экономический эффект от внедрения утепляющее-рафинирующих смесей 122
Основные выводы 123
Библиографический список 124
- Основные требования к процессу формирования защитных ШОС
- Изучение характера потоков металла в промежуточном ковше
- Разработка и испытание защитных ШОС в производственных условиях
- Моделирование потоков в промежуточном ковше
Введение к работе
В последние годы в России наблюдается заметный рост не только общих объемов сталеплавильного производства, но также возрастание доли непрерывной разливки. По данным доля металла, разливаемого на МНЛЗ в 2005г составила 66%, а в 2006г достигла 68,4%. И, судя по темпам ввода в строй МНЛЗ на ряде металлургических предприятий страны в 2006-2007 гг., этот рост продолжается.
Наряду с ростом общих объемов производства непрерывнолитых заготовок, расширяется область применения металла непрерывной разливки для изготовления металлопродукции с повышенными требованиями к их качеству, что связано с совершенствованием сквозной технологии производства непрерывно-литых заготовок. В этой технологической цепочке, включающей выплавку полупродукта, его внепечную обработку, разливку на МНЛЗ и последующий прокатный передел, заметную роль в повышении качества литых заготовок и стабилизации процесса разливки играет промежуточный ковш МНЛЗ. В последние годы в России и за рубежом большое внимание уделяется так называемой "металлургии промежуточного ковша". В современной технологии непрерывной разливки стали промежуточный ковш выполняет не только функции распределителя и регулятора расхода металла по ручьям МНЛЗ, но является также агрегатом, где осуществляется дополнительная очистка металла, поступающего из сталеразли-вочного ковша, от неметаллических включений различного происхождения и газов, стабилизируется температура металла по ходу разливки. И основную роль в этих процессах играют защитный шлак, покрывающий зеркало металла в промежуточном ковше, а также характер и скорости потоков металла в ванне промежуточного ковша, определяющие условия взаимодействия шлака с неметаллическими включениями, находящимися в металле промежуточного ковша.
* - "Металлоснабжение и сбыт" февр.2007г.
Эффективность этих процессов зависит от основных свойств шлака и, прежде всего, от его способности адсорбировать неметаллические включения (главным образом, глиноземистые) на границе "шлак-металл", от его теплопроводности и газопроницаемости, от которых зависят стабильность температуры металла по ходу разливки и защита металла в промежуточном ковше от вторичного окисления.
Не менее важными свойствами защитного покровного шлака является нейтральность по отношению к футеровке промежуточного ковша и к разливаемому металлу, а также минимальное количество вредных выделений. Шлакообразую-щая смесь (ШОС), формирующая защитный покровный шлак, должна обладать хорошей конкурентоспособностью по отношению к зарубежным смесям.
Особенность защитной шлакообразующей смеси для промежуточного ковша, в отличие от ШОС применяемых для кристаллизаторов, заключается в том, что сформированный покровный шлак практически не обновляется в течение длительной серийной разливки больших масс металла через один промежуточный ковш. В этих условиях покровный шлак должен сохранять практически неизменными свои основные технологические свойства, в частности:
S хорошую адсорбционную способность по отношению к всплывающим неметаллическим включениям - продуктам раскисления стали, а так же различного рода экзогенным включениям; S постоянство температуры металла в промежуточном ковше по ходу
разливки данной плавки и серии в целом; S определенную степень вязкости, не ухудшающую способность шлака к ассимиляции включений, не увеличивающую газопроницаемость шлакового покрова и не препятствующую работе стопоров. Таким образом, задачей настоящей работы является изучение влияния различных факторов, влияющих на физические свойства шлаковой системы, разработка химического и ингредиентного состава ШОС, формирующей покровный шлак, обладающий хорошей и длительной адсорбционной способностью к глиноземистым включениям, обеспечивающий надежную защиту металла в проме-
жуточном ковше от вторичного окисления и стабильность температуры металла по ходу разливки, не агрессивный по отношению к огнеупорам промежуточного ковша и достаточно нейтральный по отношению к жидкой стали. Кроме того, должны быть разработаны мероприятия по организации потоков металла в промежуточном ковше, обеспечивающие "доставку" неметаллических включений в зону "шлак-металл", а скорости и направление потоков не должны вызывать отрыв частиц покровного шлака и вынос их в выпускные стаканы промежуточного ковша.
Исследования и испытания ШОС различных составов, а также моделирование потоков металла в промежуточном ковше проведены в лабораторных условиях института, а также в производственных условиях на МНЛЗ ОАО "ОЭМК", ОАО "Северсталь", ОАО "Волжский трубный завод" при непрерывном литье блюмов, слябов сортовых и круглых заготовок.
Основные требования к процессу формирования защитных ШОС
При непрерывной разливке стали защитные шлакообразующие смеси (ШОС) для промежуточного ковша выполняют целый комплекс важнейших технологических функций: изолируют расплавленный металл от контакта и взаимодействия с окружающей средой; снижают теплопотери от зеркала металла; ассимилируют неметаллические включения.
Дополнительно желательна минимальная агрессивность шлакового покрытия (слоя) к материалу футеровки промежуточного ковша. Поскольку химический, а, следовательно, фазовый состав, состояние шлака и его функциональные характеристики подвержены эволюции в соответствии с природой и количеством неметаллических включений, поступающих из металлического расплава, параметры ШОС, кроме удовлетворения перечисленным функциональным характеристикам, должны быть строго зависимы и коррелированны с технологиями выплавки и ковшевой обработки стали. Поэтому, принципы подбора состава и характеристик ШОС для промежуточного ковша являются сложноймногофакторной задачей и к настоящему времени обоснованы далеко не в полной мере. Проблема в значительной степени осложняется еще тем обстоятельством, что из-за разнообразия химической природы компонентов, сложного характера межчастичного взаимодействия, высоких температур, которые затрудняют экспериментальное исследование, шлаки до настоящего времени остаются наименее изученным и прогнозируемым звеном металлургических технологий. Трактовка свойств и закономерностей поведения шлакообразующих смесей представляет еще более сложную задачу, поскольку их функционирование происходит в условиях наличия значительного температурного градиента превышающего 1000С (от температур жидкой стали до температуры окружающей среды). Поэтому разработка составов ШОС, в основном, осуществляется методом проб и ошибок в процессе непрерывного литья заготовок определенного марочного состава применительно к конкретным параметрам оборудования. В результате они, как правило, далеки от совершенства. Этим объясняется и большое разнообразие типов существующих смесей. Их основу составляют композиции на базе системы CaO-Si02-Al203 с добавками флюсующих (фториды, главным образом, флюорит или криолит, окислы щелочных металлов, бора, в меньшей степени, марганца, железа, и т.п.) и углерода. Основность промышленных ШОС изменяется в широких пределах: от 0,6 до 1,5, содержание углерода от 0,2 до 20%, АЬОз - 2-14%. Не в менее широких пределах, варьируется и концентрация флюсующих: фториды (2-10% в пересчете на содержание элементарного F), оксиды щелочных металлов (4-10% Na20+K20) и до 1,5-7% окислов магния, железа, марганца и др. Наиболее часто используемые смеси имеют близкий химический состав, показанный на рис. 1.1 на диаграммах состояния базовой системы CaO-Si02-Al203-CaF2 с мольными долями x(CaF2)=0,05, 0,1 и 0,2, что примерно соответствует 2,5, 5 и 10 мас.% в пересчете на F. Для приготовления ШОС используют, как правило, набор легко доступных и широко распространенных ингредиентов, например, таких как: шлакопортладцемент (марки 300 или 400), концентрат сиенитовый алюмощелочной, слюда молотая флогопит, концентрат плавикошпатовый, криолит искусственный технический, концентрат датолитовый, графит скрытокристаллический, коксовая пыль и т.п. Приготовление ШОС, которые представляют собой механические смеси порошков, обычно, производят партиями 1-4 т.
Только в последнее время, благодаря интенсивным исследованиям, выполненным в ЦНИИчермет и ряде других научных центров мира, развиты представления о процессах и явлениях, происходящих при функционировании ШОС, что позволяет с высокой точностью оценить эффективность их использования, прогнозировать направления и способы оптимизации их химического и ингредиентного состава. Ключевые характеристики ШОС и основные требования к ним, контролирующие технологические свойства шлака в процессе разливки металла на МНЛЗ, можно условно разделить на 4 группы и суммировать следующим образом: 1. Теплофизические свойства, термодинамические и кинетические параметры плавления смеси: теплофизические свойства исходной смеси (тешювыделе ние),температурный интервал плавления (должен быть на 200-400оС ниже температуры кристаллизации металла), скорость плавления. теплоизолирующие свойства (в процессе эксплуатации должно происхо дить формирование трехслойного защитного покрытия, состоящего из жидкого, спеченного и сыпучего слоев). 2. Физико-химические свойства жидкого слоя шлака: реакционная способность (инертность по отношению к металлу, защита от окисления, науглероживания, перераспределения кремния, марганца), что определяет возможность разливки сверхнизко углеродистых сталей, сталей и сплавов с высоким содержанием химически активных легирующих компонентов, а также минимальная агрессивность по отношению к материалам футеровки промежуточного ковша, обеспечивающая увеличение ресурса работы оборудования, стабильные условия разливки стали; ассимилирующая способность (эффективное поглощение максимального количества всплывающих неметаллических включений без ухудшения других технологических характеристик шлака); вязкость, поверхностное натяжение (облегчение перехода неметаллических включений в шлак, исключение возможности диспергирования шлака в металле). 3. Пути затвердевания расплава при эволюции состава в процессе ассимиляции неметаллических включений. 4. Экологические показатели (количества выделяющихся фторидов, фтористого водорода не должны превышать требования существующих норм к ПДК).
Анализ перечисленных параметров позволяет оценить разные аспекты использования ШОС, влияние их на качество металлопродукции, уровень достигнутых показателей и возможные пути их совершенствования. Все используемые в настоящее время смеси имеют близкую основу - композиции СаО-Si02-Al203. Их теплосодержание (количество тепла необходимое для нагрева и расплавления смеси) изменяется в узких пределах, несколько возрастая при повышении основности и содержания А120з. В состав смесей входит углерод. При нагревании и плавлении ШОС его преобладающая часть сгорает (содержание углерода в расплавленном шлаке не превышает 0,8-1%), компенсируя преобладающую часть тепла, идущую на эти цели. Важно, что скорость сгорания аморфного углерода значительно выше, чем кристаллического, поэтому использование графита скрытокристаллического является положительным фактором. Еще более высокой скоростью сгорания характеризуются различные органические добавки, например, опилки, различные отходы сельскохозяйственного производства (шелуха злаковых культур). Важно, что при их сгорании, во многих случаях образуется тонкодисперсные продукты (зола), образующие пористый слой, который обеспечивает эффективную теплозащиту. Следует отметить, что теплопроводность воздуха и других газов на порядок ниже теплопроводности шлака. Поэтому интенсивность переноса тепла через пористый слой двухслойного шлакового покрытия в 10 и более раз ниже, чем через плотный слой шлака. С другой стороны, пористый слой является газопроницаемым, поэтому наиболее эффективным для защиты металла является использование сочетания пористого и плотного шлакового слоев.
Изучение характера потоков металла в промежуточном ковше
Оценка процессов, происходящих в промковше по ходу разливки, в частности, направления и скорости потоков металла и траектории движения частиц неметаллических включений, может быть сделана с достаточно высокой степенью достоверности при использовании метода гидравлического моделирования с применением теории подобия [33]. Физическое моделирование позволяет решить следующие задачи: - определить численные значения гидропотоков при вынужденной и свободной конвенции металла в промковше; - изучить поведение примесных образований при различной конфигурации скоростных полей гидропотоков и формообразующих емкостей; - проанализировать влияние способов подвода металла в промковш на гидродинамику жидкого металла шлака. При гидравлическом моделировании процессов в промковше должны быть соблюдены требования, вытекающие из третьей теории подобия, обеспечивающие подобие физической модели оригиналу, в части: - наличие геометрического подобия; - подобие краевых условий; - определяющиеся числа подобия должны быть идентичны; - процессы в модели и оригинале должны описываться одинаковыми дифференциальными уравнениями (т.е. относиться к одинаковому классу физических явлений). Для определения соответствующих чисел подобия, необходимых для построения модели и пересчета полученных результатов на оригинал, желательно приведение основных дифференциальных уравнений к безразмерному виду [34]. Подробный процесс преобразований основных дифференциальных уравнений, с учетом чисел подобия Фурье, Рейнольдса, Фруда, Боде, Пекле, Пранд-ля, Эйлера и Нуссельма, и вывод основных зависимостей подобия применительно к водяной модели ковша рассмотрен в диссертационной работе [31]. Исходя из этих зависимостей, масштабы моделирования рассчитываются из следующих соображений: XY=idem-Mx=(X0)o/(X0)M - линейный масштаб (берется из конструктив ных соображений) (3.1) Число механического подобия Ne можно представить в виде Ne = Xo/(ox. Из его идентичности определяют масштаб времени протекания процессов в модели по отношению к оригиналу:
Параметр f в уравнении (2.2) носит смысл раздела фаз. В случае изучения поведения твердых и жидких примесных образований в условиях вынужденной конвекции это уравнение (2.3) принимают следующий вид: На основании идентичности чисел подобия Аг определяют линейный масштаб этих примесных образований: Аг = idem - Мх„ = ijvоРжо (рв " Рж )м ДмРжм (Рв " Рж )о " линейный масштаб твердого или жидкого примесного образования. (3.7) Для случая изучения поведения газовых включений в расплаве уравнения (2.2)-(2.3) принимают вид: WVW = (Ne 2/Bo2Ga)Af + (Ne/Fr Re)9 - (l/Ne)VPK + (l/Re)V2 W, (3.8) WK = f (Fr, Ne, Re, Bo2Ga, X, Y), (3.9) На основании идентичности комплексов чисел подобия Во Ga рассчитывают линейный масштаб газовых включений Bo2Ga = idem-MXIII =(X 0)Jv2M/(X 0)3M VQ - линейный масштаб газового включе ния, (3.10) где XQ - характерный размер пузырька. Для расчета линейного масштаба на границе шлак-металл используют зависимости вида: где а0,ам - коэффициенты поверхностного натяжения на границе раздела фаз оригинала и модели; р0, рм - плотности шлаковых покрытий оригинала и модели. Объемное количество жидкой стали, поступающее в кристаллизатор УНРС, во всех приведенных выше случаях рассчитывают по уравнению где F - площадь сечения вытягиваемой заготовки, м2; С - скорость вытягивания заготовки, м/мин. Ориентировочное определение скорости истечения расплава из отверстий стаканов осуществляется по уравнению: G 0=V0/FOTB 3600 м/с, (3.15) где FOTB - площадь сечений выходных отверстий разливочного стакана, м . Для расчетов масштабов моделирования принимаем следующие физические параметры жидкой стали, шлака, примесных образований в оригинале и в модели [35]: для стали:
Шлакообразующая смесь любого заданного химического состава представляет собой дисперсную систему, состоящую как минимум, из двух ингредиентов, разделенных развитой поверхностью. При этом данная дисперсная система состоит, чаще всего, из основного ингредиента, в котором равномерно распределены остальные составляющие. В качестве ингредиентов, формирующих шлакообразующую смесь, могут применяться природные минералы или сложные искусственные соединения. Поскольку сама смесь формируется на базе стехиометрического расчета из группы ингредиентов, то качество ее в значительной степени определяется стабильностью состава исходных ингредиентов. Очевидно, что чем уже интервал колебания данного компонента (оксида) в составе смеси, тем более стабильны ее свойства. Природные минералы чаще всего не отличаются постоянством химического состава и часто содержат вредные примеси. Синтетические материалы более стабильны по химическому составу и в них мало вредных примесей. При этом возможно изготовление синтетических материалов, близких по составу к получаемым смесям и тогда сокращается до минимума количество ингредиентов и упрощается технология изготовления смеси. Сложные по составу синтетические материалы, которые являются основой шлакообразующей теплоизолирующей смеси, могут быть получены сплавлением или спеканием исходных ингредиентов природного происхождения или чистых окислов. Наибольшее распространение при производстве ШОС различных назначений, в качестве основы получили портландцемент, так же шлаки различных металлургических процессов (доменный, ферросплавный и др.). Такие материалы, как правило, имеют довольно узкий предел колебания в содержании основных окислов тройной системы: СаО - Si02 - AI2O3.
Разработка и испытание защитных ШОС в производственных условиях
Исследовали промежуточный ковш МНЛЗ для отливки четырёх блюмов сечением 360x300 мм. Ковш имел трапециидальную форму в плане. Тра-пециидальная форма обеспечивает увеличение эпюр скорости по мере приближения к крайним разливочным отверстиям, что способствует выравниванию температуры металла в крайних и средних ручьях УНРС. На рис. 5.2-5.16 и в табл. 5.2 - 5.13 представлен ряд результатов, полученных на гидромодели трапециевидного промежуточного ковша при исследовании гидродинамики и массопереноса примесных образований в жидкой ванне без (рис.5.2 и табл. 5.3) и с (рис.5.3 - 5.16 и табл. 5.4 - 5.13) шлакоуло-вительными порогами и полнопрофильными перегородками. Проведены 53 серии опытов подвода модельной жидкости в промковш через защитные трубы (глубина погружения 200 мм). Исследования проводили при отливке заготовок сечением 300x360 мм, со скоростью 0,6 м/мин.
Это соответствует скоростям истечения расплава из защитной трубы 0,9 м/с. При моделировании заполнения промежуточного ковша с перегородками предполагали симметричные условия течения расплава в продольных направлениях жидкой ванны, так что дискретизации (при точечном замере скоростей) подвергли только половину объёма жидкой ванны промежуточного ковша, что отражено в табл. 5.2 - 5.13. Разливка в трапециевидный промковш с высотой налива жидкого металла 800 мм со смещением защитной трубы от центра приёмного отсека ковша вдоль малой оси на 460 мм дает несимметричную картину расплыва струи, поступающей жидкости вдоль поперечного сечения жидкой ванны. В объёме жидкой ванны (вдоль большой оси, рис. 17, а) это четырёх-вихревая структура (вдоль большой оси) с максимальными скоростями гидропотоков в сечениях I и IV (при соо = 0,9 м/с) в соответствии с отливаемыми заготовками на уровне 0,078 - 0,081 м/с между точками на 10 и 700 мм. У торцевых стенок ковша основная масса гидропотока большого вихря направ ляется вниз к днищу со скоростями, близкими приведённым выше, что способствует затягиванию примесных образований из «мертвой зоны» в районе поворота вихря. Скорости нисходящих потоков превышают скорости всплы-вания большинства примесных образований, что препятствует всплыванию их от дна к мениску. Распределение крупных примесных образований в этой части промковша неравномерное с небольшими скоростями всплывания. Значительная часть этих образований затягивается в разливочные стаканы и попадает в кристаллизаторы, особенно, 1 и 2 ручьёв. Малый вихрь имеет обратное направление движения по отношению к большому со скоростями не ниже 0,081 м/с (при со0 = 0,9 м/с) на уровне зеркала металла в промежуточном ковше. На зеркале, где скорости на порядок ниже, в районе разделения отраженного от площадки потока заметны периодически возникающие перевернутые конусообразные вихри, описание которых с учетом эффекта Мажуса в первом приближении можно сделать следующим образом: где F - сила, р - плотность жидкости, д2у/дх2 - ускорение выбранного объема. Сила, действующая на единицу объема цилиндрической струи радиу сом г0 в радиальном направлении, обусловлена перепадом давления в этом направлении: где К - коэффициент пропорциональности.
Давление, созданное деформированной поверхностью жидкости, выражается формулой Лапласа: где Ра - атмосферное давление, а - коэффициент поверхностного натяжения, Ri и Яг - радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных нормальных сечений поверхности; R, =г0+А и R2 ={2п)2 -А/А2; Г0 - первоначальный радиус струи, А - амплитуда колебаний. Коэффициент роста волны (или затухания) равен где К - коэффициент пропорциональности, рж - плотность жидкости (расплава), a - поверхностное натяжение жидкости (расплава), X - длина волны колебаний. При разливке стали струя жидкого металла, вследствие сопротивления воздуха, действия силы тяжести и внутренних сил, вызываемых вихревым и волновым движением жидкости, может деформироваться и при определенных условиях распадаться. В струе образуются как минимум два участка: сплошной участок устойчивого состояния; вибрирующий участок, в котором появляются нарушения. Третий - разорванный участок, в котором струя распадается на капли, появляется только в случае распространения ее на воздухе. Состояние струи при разливке влияет на захват воздуха, вторичное окисление стали, содержание НВ, склонность к образованию плен и на характер затопленной струи в жидкой ванне. Изучение процесса течения жидкости в разливочных стаканах показывает, что формирование сплошного и вибрирующего участков в общем случае зависит: от давления перед стаканом Р, поверхностного натяжения с, вязкости \i, плотности р, формы и размеров стакана, а также формы и размеров переходного из емкости в стакан отверстия. Длина волны неустойчивых возмущений (колебаний радиуса струи) равна где рж - плотность жидкости, dc - диаметр струи на выходе из отверстия; щ - скорость течения струи; А - эмпирический коэффициент, А=0,015-0,040 (зависит от статического давления, формы канала и т.д.). При рж=7000 кг/м3, 4=0,1 м, о=1,8 Дж/м2 имеет X = (1,4 - 4,3) 10"2 м, а при а о=0 6 и 0,9 м/с а=144 - 1000 мм. Таким образом, при длине защитной трубы более 0,46 м струя расплава поступает в промежуточный ковш в распадающемся виде, что приводит, в конечном счете, к возникновению завихрений в расплаве и образованию конусообразных вихрей. Ниже приведены некоторые данные по их образованию в зависимости от скорости истечения расплава из защитной трубы. На рис. 5.2 приведены схемы распространения гидропотоков и эпюры скоростей в продольном сечении и на поверхности металла в промежуточном ковше при несимметричном (смещение защитной трубы на 460 мм вдоль малой оси в сторону трапециевидного выступа) подводе расплава и отсутствии в жидкой ванне шлакоуловительных средств. Кроме того, на зеркале показаны места скопления включений (район, так называемых гидродинамических «мёртвых» зон) и мест наиболее частого возникновения конусообразных вихревых образований. В табл. 5.3 даны абсолютные значения скоростей гидропотоков в реперных точках их замера. Ввиду симметричности подвода модельной жидкости вдоль большой оси результаты замеров приведены только для двух пар сечений, а именно: I, IV и II, III. Трёхмерный характер движения потоков в промковше, как показывают наблюдения за гидродинамикой, сопровождается пульсацией потоков. Частота пульсаций потоков совпадает с частотой возникновения вихревых конусообразных образований в районе защитной трубы.
Моделирование потоков в промежуточном ковше
Как видно из рис.5.17, переход от вертикальных щелей к горизонтальным при 20% объёма приёмного отсека от общего объёма жидкой ванны ковша даёт 5% возрастание величины J, увеличение объёма жидкой ванны в приёмном отсеке с 20 до 25% приводит к дополнительному 13% повышению степени улавливания примесных образований. Варьирование высоты расположения щелей над днищем промежуточного ковша в пределах 200 - 600 мм по нижней кромке показывает, что максимальная степень улавливания примесных образований (в пределах 78 -83%) происходит: при горизонтально расположенных щелях (а = 0, рис. 5.16, разрез Г-Г) на высоте 300-350 мм; при наклоне щелей 3-5 на высоте 200 - 250 мм. Применение щелей размером более 50 мм приводит к снижению горизонтальных скоростей гидропотоков, опусканию основного потока ко дну ковша в разливочных отсеках и более раннему повороту вниз основного потока.
Всё это в конечном счёте приводит к снижению grad w и J, повышению grad t (перепад температур по объёму жидкой ванны). Увеличение заглубления защитной трубы со 100 до 200 мм практически не влияет на grad w и grad t, но снижает интенсивность вихреообразова-ния на зеркале в приёмном отсеке (уменьшение величины индекса V на 16-25%), уменьшает вероятность затягивания примесей с зеркала в этой части ковша, а следовательно приводят к понижению массы попавших в разливочные отсеки примесных образований (по экспериментальным данным в пределах 4-8%). Увеличением высоты налива в новой модификации промежуточного ковша до 1000-1100 мм при диаметре выходного отверстия защитной трубы 85 мм и объёме приёмного отсека не менее 25% от общего объёма промежуточного ковша приводит к следующим видоизменениям исследуемых параметров: уменьшение индекса интенсивности вихреобразования V с 185% до 169%; уменьшения индекса перепада температуры расплава в объёме жидкой ванны grad t с 42% до 39%; увеличение индекса благоприятствования всплытию примесных образований grad w со 157% до 166%; уменьшения индекса «стоячих волн» hB с 475% до 345%; повышение индекса улавливания примесных образований J со 179% до 186%. При размещении в этом случае щелей на уровне 300 мм требует выполнение уклона верхних и нижних образующих под углом 7-9 вверх к горизонту. Увеличение внутреннего диаметра защитной трубы позволяет при скорости вытягивания заготовок 0,75 м/мин снизить скорости истечения струи с 0,87 м/с до 0,63 м/с. Это снижает интенсивность образования и развития конусообразных вихрей, но для получения максимального очищения от примесных образований (J =80 -85%) требуется: при размещении щелей с верхними и нижними горизонтальными образующими на уровне 300 мм пропорционального снижения их площадей на 38%; применение щелей с площадью 50x600 мм с углом наклона верхних и нижних их образующих под углом а = 5 - 7. Дополнительной мерой по повышению степени улавливания примесных образований является организации продувки инертным газом у перепускных отверстий со стороны разливочных отсеков. При правильно организованной системе продувки и оптимальных условиях установки шлакоулови-тельных систем и разливки степень улавливания крупных примесных образований может (выше 400 мм) достичь 94 - 95%.
Моделирование показало, что при применении перегородок со щелями, вихрегасителями и «турбостопами» эффективно удаляются включения раз мером до 30...50 мкм. Для удаления включений меньшего размера необходима продувка аргоном, в результате которой более мелкие включения могут удаляться флотацией или укрупняться за счёт коалесценции и коагуляции в турбулентном газо-жидкостном потоке. Однако при увеличении интенсивности продувки аргоном или неправильном расположении продувочных блоков наблюдается захват шлаковых включений из покровного шлака промежуточного ковша. Оптимальная интенсивность по модели составляет 0,1 нм3/мин и должна уточняться на реальном агрегате для каждого конкретного состава шлака и конструкции пористой пробки. Проведено моделирование инжекции аргона в промежуточном ковше (рис. 5.18). Места, наиболее благоприятствующие всплыванию включений непосредственно от места продувки, находятся в районе истечения струй черз отверстия в перегородках на максимальном расстоянии от торцевых стенок разливочных отсеков, что объясняется повышением при этом значением градиента скорости потоков. При этом, как это видно из рис.5.18., Б-Б, в районе подвода газа зона гидропотоков, исходящих из щелей на 20-28%, поднимается к зеркалу, а скорости гидропотоков в районе торцов ковшей снижаются, что, повышает индекс степени улавливания примесных образований. Это в свою очередь позволяет повысить степень улавливания примесных образований на 11 - 15% по сравнению со способом без продувки аргоном.
