Анотація до роботи:

Перцевий В.О. Газодинаміка і теплообмін імпактних струменів при виборі ефективних режимів експлуатації системи газодинамічної відсічки шлаку. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології та режимів експлуатації системи газодинамічної відсічки шлаку на підставі дослідження газодинаміки і теплообміну імпактних струменів.

Уперше запропоновані інженерні моделі натікання надзвукового і дозвукового неізотермічного газового струменя на тупиковий канал на основі збереження структури струменя в тупиковому каналі.

Уперше отримані критеріальні рівняння газодинамічної подоби натікання неізотермічного газового струменя на тупиковий канал.

Уперше експериментальним шляхом визначені режими взаємодії перехідної ділянки надзвукового і основної ділянки дозвукового струменя газу з потоком нестисливої рідини, а також енергетичні і геометричні характеристики газового струменя, що визначають зміну режиму його взаємодії з потоком рідини.

Для режиму повного запирання нестисливої рідини в каналі теоретичним шляхом визначена і експериментально підтверджена глибина проникнення газу в шар рідини.

Розроблено технологію та варіанти конструктивного виконання системи газодинамічної відсічки шлаку при випуску плавки з конвертерів і проведена її експериментальна апробація.

У дисертації вирішене завдання розробки технології і режимів експлуатації системи газодинамічної відсічки шлаку на підставі дослідження газодинамічних характеристик імпактного струменя і його теплообміну та взаємодії з потоком рідини.

Основні результати роботи полягають в наступному:

1. На підставі аналізу відомих методів відділення сталі від шлаку, що застосовуються в киснево-конвертерному виробництві, показані переваги газодинамічних способів відсічки.

2. Уперше запропоновані інженерні моделі руху газу уздовж внутрішньої поверхні тупикового каналу при фронтальному і бічному натіканні на нього газового струменя, які дозволяють розрахунковим шляхом визначити тиск на внутрішню поверхню льотки конвертера залежно від її конструктивних характеристик і глибини проникнення струменя газу в розплав шлаку. Порівняння чисельних і експериментальних даних показало, що відносна похибка розрахунку повного тиску газу на внутрішню поверхню тупикового каналу не перевищує 22%.

3. Проведено дослідження впливу теплообміну між імпактним струменем і тупиковим каналом на газодинамічні характеристики імпактного струменя, в результаті якого визначено, що формулювання неізотермічної задачі натікання газового струменя на тупиковий канал не вносить істотних змін у характер розподілу газодинамічних параметрів вільного та імпактного струменя.

4. Отримані критеріальні рівняння для визначення тиску газу на днище тупикового каналу при фронтальному і бічному натіканні газового струменя.

5. Наводиться математична модель натікання газового струменя на тупиковий канал, що дозволяє виконати розрахунок характеристик імпактного потоку в об’ємі каналу, і, зокрема, визначити розміри зони стабільних характеристик газу в каналі. Порівняння результатів чисельного рішення з експериментальними даними показало, що, похибка розрахунку тиску газу в об’ємі тупикового каналу не перевищує 21%.

6. Розширено можливості інженерної моделі з метою дослідження запираючих властивостей імпактного газового струменя в процесі відриву потоку металу від шлаку, що витікає з конвертера, і гальмування шлаку в льотці з урахуванням особливостей взаємодії газового струменя з рідиною. Універсальність інженерної моделі підтверджена шляхом фізичного моделювання процесу відсічки.

7. Експериментально шляхом фізичного моделювання визначені режими взаємодії струменя газу з потоком рідини.

8. Проведено дослідження процесу нестаціонарного теплообміну між імпактним газовим струменем і розплавом шлаку в льотці конвертера, в результаті якого визначені локальний і середній коефіцієнти тепловіддачі. Визначено діапазон температур охолодження поверхні шлаку.

9. Розроблено конструкторські рішення і технологію відсічки шлаку, які захищені патентами України на корисну модель (“Спосіб випуску продуктів плавки з конвертера і відсічення шлаку” № 36517; “Пристрій для випуску металу з конвертера і відсічення шлаку” № 37729; “Спосіб відділення металу і шлаку” № 37723; “Пристрій для відділення металу і шлаку” № 36516; “Спосіб газодинамічного відсічення шлаку від рідкого металу” № 37728; “Пристрій газодинамічного відсічення шлаку від рідкого металу” № 36514).

10. Розроблено технічне завдання на проектування системи газодинамічної відсічки шлаку для конвертерів ємністю 250т. Очікуване зниження втрат металу і легуючих елементів феросплавів у випал становить 0,17%. Строк окупності інвестицій менше одного року.

Публікації автора:

1. Гичёв Ю.А. Исследование турбулентной газовой струи в системе газодинамической отсечки шлака / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. Том 9.- Днепропетровск: НМетАУ, 2003.- С. 186-188.

2. Гичёв Ю.А. Экспериментальное исследование запирающих свойств газовой струи / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України.- Дніпропетровськ: “ПП Грек О.С.”, 2006.- С. 68-76.

3. Гичёв Ю.А. Экспериментальное определение газодинамических характеристик турбулентной газовой струи в устройствах газодинамической отсечки шлака для плавильных агрегатов / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // “Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее. К столетию со дня рождения М.А. Глинкова”: сборник трудов III Международной научно-практической конференции, 1-3 февраля 2006г.- М.: МИСиС, 2006.- С. 241-245.

4. Гичёв Ю.А. Применение теории подобия для обобщения экспериментальных данных по втеканию газовой струи в тупиковый канал / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // “Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу”: матеріали регіональної наукової конференції, 16-17 ноября 2006г.- Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2006.- С. 32-33.

5. Гичёв Ю.А. Моделирование газодинамической отсечки шлака, обеспечивающей энерго- и ресурсосбережение при выпуске плавки / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2007.- №4.- С. 84-87.

6. Гичёв Ю.А. Гидравлическое моделирование запирающих свойств звуковых и дозвуковых газовых струй / Ю.А. Гичёв, А.В. Гребенюк, В.А. Перцевой // Металургійна теплотехніка: Збірник наукових праць Національної металургійної академії України.- Дніпропетровськ: “ПП Грек О.С.”, 2007.- С. 96-104.

7. Гичёв Ю.А. Инженерный подход к расчету и гидравлическое моделирование устройства газодинамической отсечки шлака для плавильных агрегатов / Гичёв Ю.А., Перцевой В.А. // “Печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии и машиностроении”: труды IV Международной научно-практической конференции, 3-4 апреля 2008г.- М.: МИСиС, 2008.- С. 126-131.

8. Гичёв Ю.А. Исследование поверхностного теплового взаимодействия струи и шлака в системе газодинамической отсечки / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // “Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу”: матеріали міжнародної наукової конференції, 13-15 ноября 2008г.- Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2008.- С. 84-86.

9. Гичёв Ю.А. Исследование теплообмена при барботажном взаимодействии струи и шлака в системе газодинамической отсечки / Ю.А. Гичёв, В.А. Перцевой // “Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу”: матеріали міжнародної наукової конференції, 13-15 ноября 2008г.- Дніпропетровськ: Дніпропетровський національний університет, 2008.- С. 86-89.

10. Пат. 37728 Україна, МПК (2006) С 21 С 5/46. Спосіб газодинамічного відсічення шлаку від рідкого металу / Гічов Ю.О., Бичков С.В., Малик О.О., Жаворонков Ю.І., Перцевий В.О.; власник Національна металургійна академія України.- № u 2008 07563; заяв. 02.06.2008; опубл. 10.12.2008, Бюл. №.23.

11. Пат. 36514 Україна, МПК (2006) С 21 С 5/46. Пристрій газодинамічного відсічення шлаку від рідкого металу / Гічов Ю.О., Бичков С.В., Малик О.О., Жаворонков Ю.І., Перцевий В.О.; власник Національна металургійна академія України.- № u 2008 07495; заявл. 02.06.2008; опубл. 27.10.2008, Бюл. № 20.