РАЗДЕЛ 2
концепция и Общая методическая структура исследований
Концептуальные подходы к развитию научных и технологических основ ковшевой
обработки стали металлическими присадками, приготовленными в
магнитодинамических агрегатах, базируются: на анализе современного состояния
внепечной обработки стали; принципиальном положении о переводе присадок в
расплавленное состояние для струйного или дисперсного внедрения в объём стали,
интенсифицирующего массоперенос вещества добавок в расплаве; использовании
комплекса воздействий на добавки, реализуемых с помощью магнитодинамической
техники, и согласуемых с конкретными условиями тепломассопереноса в
обрабатываемом расплаве. В основу подходов положена необходимость повышения
свойств стали и энергоресурсосбережения, а так же конкурентоспособности
технологий и оборудования с учётом особенностей развития металлургического и
литейного комплексов страны.
Направления, основывающиеся на принципе перевода твёрдых металлодобавок в
расплавленное состояние перед вводом в ковши со сталью на базе использования
высокоэффективного нагрева больших масс добавок в магнитодинамических
агрегатах, обладающих очень высоким гидротермическим коэффициентом полезного
действия (0,95), развиваются для процессов легирования стали в крупнотоннажных
ковшах.
Процесс легирования, основанный на использовании кинетической энергии струи
стали при выпуске плавки в ковш для массопереноса вещества расплавленной
легирующей присадки в объёме накапливающегося в ковше расплава, развивается в
направлении углубления научных представлений о его физических особенностях. Это
нацелено на повышение равномерности содержания легирующих элементов в объёме
стали, совершенствование процессов подачи в сталь несклонных к активному
взаимодействию с атмосферой жидких присадок с различными физическими свойствами
и разработку алгоритма расчёта параметров их ввода в расплав и распределения в
нём. Поиск управляющих воздействий базируется на возможностях регулирования
параметров процессов подачи добавок из МДН-агрегата по открытому металлотракту
с участком свободного падения струи и её внедрения в циркулирующий расплав,
объём и уровень которого в ковше повышаются в процессе ввода легирующего
вещества. Обеспечение глубинного внедрения струи добавки в сталь основывается
на принципах компактности струи, устойчивости её свободной поверхности и
высокой скорости входа в сталь.
Развитие процесса легирования стали легкоокисляющимися жидкими металлическими
веществами, направляемыми из МДН-агрегата по фурме в потоке инертного газа под
уровень расплава в заполненном крупнотоннажном ковше, осуществляется в
направлении максимального ускорения растворения легирующего вещества в стали и
базируется на принципах: эффективного диспергирования жидкой добавки
непосредственно перед контактом со стальным расплавом; минимизации потерь
присадки при контакте насыщенных легирующими элементами объёмов стали со шлаком
и атмосферой; установления рациональных режимов дробления потока добавки
газовым на капли, с размерами, гарантирующими мгновенное растворение
легирующего вещества в стали; минимизации расходов и скоростей газа,
обеспечивающих как эффективное диспергирование добавки, так и снижение
интенсивности взаимодействия легирующих элементов, растворённых в стали, со
шлаком и не допускающих разрыв шлакового покрова.
В основу расширения области применения исследуемого процесса ковшевой
обработки на кислую электросталь в малотоннажных ковшах твёрдыми
металлодобавками, полученными с помощью МДН-агрегатов, положено раскрытие общих
закономерностей процессов, протекающих при взаимодействии добавок со сталью в
условиях скоротечного (по сравнению с крупнотоннажными ковшами) наполнения
таких ковшей и комплексной обработки добавок в агрегатах. Это основывается на
принципах повышения эффективности использования тепловой и кинетической энергии
стали, поступающей в ковш при выпуске плавки, для перевода относительно
небольших удельных масс присадок, применяемых для раскисления, модифицирования
и микролегирования металла, в жидкое состояние, интенсивного смешения со сталью
и равномерного распределения в объёме всего расплава в ковше. Для этого
предварительной обработкой в МДН-агрегатах присадкам придаются специальные
структуры и формы, обеспечивающие: возникновение жидких сплавов под
намораживающейся на твёрдой добавке при её контакте с жидкой сталью в ковше
стальной оболочкой; истечение вещества добавки из-под оболочки за счёт
избыточного давления, возникающего при расширении расплавляющейся добавки;
защиту поверхности добавки от взаимодействия со шлаком и воздухом стальной
намораживающейся оболочкой в начале наполнения ковша при малой глубине
расплава; полное расплавление добавки и оболочки в период наиболее интенсивного
перемешивания расплава струёй стали.
Развитие теоретических и технологических основ получения в МДН-агрегатах
ковшевых добавок в виде гомогенных и гетерогенных сплавов со специальными
характеристиками базируется на принципе расширения научных представлений об
особенностях многофакторного воздействия, реализуемого в металлической среде с
неоднородным фазовым состоянием под действием электромагнитных полей.
2.1. Составные части общей методики и её структура
Структура общего методического построения исследований диссертации и главные
составные части общей методики приведены на рис. 2.1. Методически
последовательность процесса исследований была построена на теоретическом
анализе закономерностей тепломассообмена в металлической