Фізичне моделювання ерозійного руйнування футерівки сталерозливного ковша в процесі експлуатації

Abstract

Метою роботи є визначення умов зменшення швидкості ерозійного руйнування потоками металевого розплаву футерівки сталерозливних ковшів. Супутнім і невід’ємним позитивним ефектом є зменшення забруднення сталі продуктами руйнування футерівки (екзогенними неметалевими включеннями). У статті розглянуто механізми руйнування вогнетривкої футерівки сталерозливних ковшів. Відмічено значний вплив ерозійного зносу футерівки ковша впродовж випуску сталі зі сталеплавильного агрегату та в процесі його наповнення на стійкість футерівки ковша. Запропоновано методику фізичного моделювання ерозійного зносу вогнетриву з використанням основних положень теорії подоби. Ґрунтуючись на π-теоремі, авторами запропоновані безрозмірні числа подібності, використовуючи які визначено масштаби моделювання, зокрема масштабні коефіцієнти для перерахунку твердості вогнетриву, густини рідини, лінійного масштабу моделі та швидкості руйнування вогнетриву. З використанням отриманих масштабів побудовано експериментальну установку та розроблено методику проведення експерименту. Для проведення експерименту використовували масштабні моделі ковшів зі стандартною і розробленою вході попередніх досліджень схемою футерівки. Після проведення фізичного моделювання з використанням спеціальної методики виміряна глибина руйнування футерівки моделі ковша. За результатами вимірювання побудовано топографічну схему зносу футерівки модельного ковша для варіантів зі стандартною схемою футерівки та схемою, запропонованою авторами. Встановлено, що запропонована конструкція футерівки забезпечує захист «бійного місця» та зменшує інтенсивність розмивання потоками розплаву ділянки сполучення футерівки стін і днища ковша. Середня швидкість руйнування днища за використання футерівки запропонованої конструкції зменшилася на 18 %. Наукова новизна роботи полягає у розробці теоретичних основ фізичного низькотемпературного моделювання ерозійного руйнування високотемпературними металевими розплавами вогнетривкої футерівки ковшів та інших металургійних агрегатів. Практична значимість роботи полягає у розробці конструкції футерівки сталерозливних ковшів, яка забезпечує високі стійкість та водночас зменшення рівня забрудненості сталі екзогенними неметалевими включеннями.

The aim of the work is to determine the conditions for reducing the rate of erosion destruction of teeming ladles lining by flows of liquid metal. A concomitant and inherent positive effect is the reduction of steel pollution by the products of lining destruction (exogenous non-metallic inclusions). In the article there have been discussed the mechanisms of destruction of the refractories of teeming ladles. It is observed a significant effect of erosive destruction of the lining during the steel production from the steelmaking unit and in the process of its filling on its life. The authors have proposed a method of physical modeling of erosive destruction of refractories using the basic principles of the similarity theory. Based on the π-theorem, the authors proposed dimensionless similarity numbers, based on which the model scales were determined, in particular, the scale factors for the refractory hardness, fluid density, linear scale of the model and the rate of destruction of refractory. Using the obtained scales, the authors assembled an experimental facility and developed the methodology of an experiment. For the experiment, large-scale models of ladles with standard and developed scheme of lining were used. After carrying out physical modeling, the depth of lining destruction of the ladle model has been measured using a special technique. Based on the results of measurement, a topographic scheme of the lining destruction of the model ladle for the standard and proposed lining has been drown. It has been determined that the developed lining design provided protection for the “impact zone” and reduced the intensity of lining erosion in the area of joint the walls and the bottom of the ladle by the flows of liquid metal. The average rate of destruction of the bottom when using the developed design of the lining is reduced by 18%. The scientific novelty of the work consists in the development of the theoretical foundations of the physical low-temperature modeling of erosive destruction of the ladles lining and other metallurgical units by high-temperature metal melts. The practical significance of the work is the lining design of the teeming ladles, which provides a long life of the teeming ladles with a simultaneous decrease in the level of steel pollution by exogenous nonmetallic inclusions.

Целью работы является определение условий уменьшения скорости эрозионного разрушения потоками металлического расплава футерівки сталеразливочных ковшей. Сопутствующим и неотъемлемым положительным эффектом является уменьшение загрязнения стали продуктами разрушения футерівки (экзогенными неметаллическими включения). Рассмотрены механизмы разрушения огнеупорной футерівки сталеразливочных ковшей. Отмечено значительное влияние эрозионного износа футерівки ковша в течение выпуска стали из сталеплавильного агрегата и в процессе его наполнения на стойкость футерівки ковша. Предложена методика физического моделирования эрозионного износа огнеупоров с использованием основных положений теории подобия. Основываясь на π-теореме авторами предложены безразмерные числа подобия, исходя из которых были определены масштабы моделирования, в частности масштабные коэффициенты для пересчета твёрдости огнеупоров, плотности жидкости, линейного масштаба модели и скорости разрушения огнеупоров. С использованием полученных масштабов авторами собрана экспериментальная установка и разработана методика проведения эксперимента. Для проведения эксперимента использовали масштабные модели ковшей со стандартной и разработанной в ходе предыдущих исследований схемами футерівки. После проведения физического моделирования авторами с использованием специальной методики была измерена глубина разрушения футерівки модели ковша. По результатам измерения была построена топографическая схема износа футерівки модельного ковша для вариантов со стандартной схемой футерівки и схемой, предложенной авторами. Установлено, что предложенная конструкция футерівки обеспечивает защиту «бойного места» и уменьшает интенсивность размывания потоками расплава участков соединения футерівки стен и днища ковша. Средняя скорость разрушения днища при использовании футерівки предложенной конструкции уменьшена на 18 %. Научная новизна работы состоит в разработке теоретических основ физического низкотемпературного моделирования эрозионного разрушения высокотемпературными металлическими расплавами огнеупорной футерівки ковшей и других металлургических агрегатов. Практическая значимость работы заключается в разработке конструкции футерівки сталеразливочных ковшей, обеспечивающей высокую стойкость сталеразливочных ковшей с одновременным уменьшением уровня загрязненности стали экзогенными неметаллическими включениями.