Анотація до роботи:

Рудакова С.Г. Удосконалення режимів введення кальцію при позапічній обробці низкосірчистої киснево-конвертерної сталі. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.02 – металургія чорних металів. Приазовський державний технічний університет. Маріуполь, 2005 р.

Проведено фізичне моделювання циркуляційної течії в сталерозливному ковші стосовно до умов вдування силікокальцію в сталерозливний ківш, розроблено математичну модель осередненого циркуляційної течії металу.

Розроблено математичну модель масообміну на межі розділу „пузирі пари кальцію – розплав”, засновану на результатах дослідження циркуляційної течії в ковші. Проведено розрахунки ступеня засвоєння та ступеня використання кальцію стосовно до умов його вдування чи введення порошковим дротом.

Розроблено також комплексну математичну модель, що включає розрахунок плавлення ПД в розплаві. Запропоновано оптимальний режим обробки сталі ПД із силікокальцієм, проведено зіставлення результатів розрахунку з експериментальними даними.

Проведено статистичне дослідження особливостей модифікування та десульфурації рідкої сталі кальцієм.

1. Наведено теоретичне обґрунтування й нове рішення науково-технічного завдання оптимізації режимів обробки сталі силікокальцієм за допомогою порошкового дроту або вдування в струмені інертного газу на основі статистичного аналізу результатів виробничих експериментів, а також фізичного й математичного моделювання гідродинамічних і тепломасообмінних процесів у ковші.

2. Розроблено й підтверджено результатами фізичного моделювання методику розрахунку середнього циркуляційного потоку металу в умовах вдування силікокальцію, що враховує збільшення об'ємної частки газових пузирів у барботажній зоні зі зростанням інтенсивності обробки, а також додаткове перемішування металу спливаючими пузирями пари кальцію.

3. Запропоновано математичну модель масообміну в об'ємі ковша й на межі розділу «краплі розплаву силікокальцію - рідка сталь» і «пузирі пари кальцію - рідка сталь» для умов обробки сталі сплавами кальцію при різних способах їх уведення, що враховує перемішування розплаву спливаючими пузирями пари і газом-носієм. Установлено помітний вплив інтенсивності перемішування рідкої сталі пузирями пари введеного кальцію на ступінь його засвоєння й використання : зростання інтенсивності перемішування приводить до зниження ступеня засвоєння й ступеня використання кальцію. Розрахунковим шляхом установлено співвідношення часток кальцію, засвоюваного з пузирів його пари і рідких крапель силікокальцію, для промислових марок силікокальцію воно не перевищує 4:1.

4. Розрахунковим шляхом проаналізовано залежність ступеня засвоєння й використання кальцію від основних параметрів технології вдування, а також хімічного складу металу. Установлено, що й ступінь засвоєння, і ступінь використання кальцію знижуються зі зростанням секундної масової витрати сплаву, що вдувається, (знижується на 3...4% при збільшенні витрати кальцію на 10 кг/хв при вдмухуванні силікокальцію СК20 в 350-т ківш) і збільшення питомої витрати аргону (менш, ніж на 1 % при зміні питомої витрати на 10 л/кг). Підвищення ступеня засвоєння й використання кальцію досягається при збільшенні глибини занурення фурми (збільшуються на 1,5...2,0 % при збільшенні глибини занурення на 1 м).

5. На підставі статистичного дослідження технології обробки низьколегованих марок сталі силікокальцієм у промислових умовах установлено істотний вплив вмісту сірки в металі після закінчення обробки на стабільно досяжний залишковий вміст кальцію в готовому металі (до 0,002 % при вмісті сірки понад 0,014 %; до 0,005...0,007 % при вмісті сірки менш 0,007 %). Установлено, зі зростанням концентрації сірки не тільки знижується ступінь засвоєння кальцію після закінчення введення, але й збільшуються втрати вже введеного кальцію за період витримки металу в ковші й безперервного розливання.

6. Розроблено математичну модель процесу плавлення порошкового дроту, що враховує розплавлювання наповнювача в інтервалі температур, а також можливість розчинення оболонки дроту в розплаві наповнювача. Установлено, що врахування сумарного впливу зазначених факторів змінює розрахунковий час розплавлювання ПД на 15...20 %.

7. Розроблено методику розрахунку ступеня засвоєння й ступеня використання кальцію з пузирів пари, що враховує барботажне перемішування рідкої сталі при введенні силікокальцію порошковим дротом. Установлено, що вплив процесів барботажного перемішування істотно позначається на ефективності обробки при високих швидкостях уведення ПД (понад 5,0...5,5 м/с для ковша ємністю 350 т і ПД діаметром 13 мм). При низьких швидкостях уведення ПД (до 3 м/с для 350-т ковша) основним фактором, що впливає на засвоєння й використання кальцію, є глибина проникнення ПД у розплав.

8. На підставі результатів моделювання тепло- і масообмінних процесів при обробці сталі в ковші порошковим дротом із силікокальцієм установлено й експериментально підтверджено наявність оптимального інтервалу швидкостей уведення порошкового дроту, межі якого залежать від температури розплаву в ковші і його хімічного складу. Оптимальний режим забезпечує повне розплавлювання ПД на глибині не менш 0,3...0,5 м нижче рівня випару кальцію при помірній інтенсивності барботажного перемішування пузирями пари кальцію.

9. Розрахунковим шляхом установлено нелінійний характер взаємозв'язку температури розплаву в ковші й оптимальної швидкості введення ПД. Необхідний для досягнення умов оптимальності обробки приріст швидкості введення ПД при збільшенні температури металу в ковші змінюється від 0,1 м/с на 10 ⁰С у температурному інтервалі 1560…1580⁰З до 0,25 м/с на 10 ⁰С при температурі металу понад 1600 ⁰С.

10. На підставі розроблених математичних моделей і результатів обробки експериментальних даних запропоновано номограму, що визначає оптимальну витрату й швидкість уведення ПД із силікокальцієм залежно від температури, хімічного складу металу й цілей обробки.

Публікації автора:

1. Казачков Е.А., Рудакова С.Г. Моделирование процессов выравнивания температуры металла и содержания легирующих добавок в металле при продувке инертным газом // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту.– Сб. науч. тр. - Мариуполь, 2001.-Вип. 11 – С.67-69. Автором розроблено методику розрахунку середнього циркуляційного потоку при продувці інертним газом.

2. Чичкарев Е.А., Троцан А.И., Казачков Е.А., Рудакова С.Г. Барботажное перемешивание и механизм усвоения кальция при обработке стали в ковше порошковой проволокой // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту.– Сб. науч. тр. - Мариуполь, 2002.-Вип. 12 – С.34-38. Автором розроблено методику розрахунку інтенсивності перемішування і масообміну на межі розділу “пузирі пари кальцію – розплав”.

3. Позняк Л.А., Троцан А.И., Бродецкий И.Л., Иценко А.И., Чичкарев Е.А., Рудакова С.Г. Кинетика плавления порошковой проволоки с легкоплавкими химически активными наполнителями в жидкой стали // Процессы литья. – 2002. - №2.- С. 74-79. Автором отримано результати розрахунку інтенсивності теплообміну ПД із розплавом.

4. Рудакова С.Г., Чичкарев Е.А., Троцан А.И., Казачков Е.А., Носоченко О.В., Бузун И.Л. Рациональный режим обработки жидкой стали порошковой проволокой с легкоплавкими химически активными наполнителями // Процессы литья.- 2003. - №2. - С.35-41. Автором розроблено методику розрахунку часу перемішування в ковші.

5. Исайчикова С.Г. (Рудакова С.Г.), Казачков Е.А. Оценка эффективности перемешивания жидкой стали в ковше инертным газом // Теория и практика металлургии. -2000. - №1(15).- С.27-28. Автором розроблено методику розрахунку часу перемішування в ковші.

6. Носоченко О.В., Троцан А.И., Чичкарев Е.А., Исаев О.Б., Лепихов Л.С., Рудакова С.Г. Рациональный режим обработки стали в промежуточном ковше порошковыми и монолитными проволоками // Металл и литье Украины. - 2003. - №7-8. - С.28-30. Автором розроблено розрахунок кінетики плавлення порошкового дроту.

7. Казачков Е.А, Чичкарев Е.А., Рудакова С.Г. Процессы десульфурации и усвоения кальция при внепечной обработке низколегированной стали сплавами кальция. // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту. – Сб. науч. тр. - Мариуполь, 2004. - №14. - С.73-77. Автором розроблено методику розрахунку інтенсивності масообміну при вдуванні силікокальцію.

8. Казачков Е.А., Чичкарев Е.А., Рудакова С.Г., Мельник С.Г., Бузун И.Л. Процессы десульфурации и усвоения кальция при внепечной обработке низколегированной стали сплавами кальция. / Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Прогрессивные технологи в металлургии стали: XXI век”. Донецк, сентябрь 2004. - С.70. Автором отримано результати статистичного дослідження промислових даних.

9. Чичкарев Е.А., Казачков Е.А., Рудакова С.Г. Физическое и математическое моделирование гидродинамики и массообмена при вдувании сплавов кальция в жидкую сталь. / Тезисы докладов международной научной конференции. „Современные проблемы теории и практики производства качественной стали”. Мариуполь, сентябрь 2004. - С.130-132. Автором отримано результати фізичного моделювання процесів перемішування інертним газом.

10. Исайчикова С.Г. (Рудакова С.Г.), Казачков Е.А. Оценка эффективности перемешивания жидкой стали в ковше инертным газом. / Тезисы докладов научно-технической конференции по теории и практике сталеплавильного производства. Мариуполь, сентябрь 1999. - С 53. Автором отримано результати розрахунку. Зроблено висновки.

11. Чичкарев Е.А., Казачков Е.А., Рудакова С.Г., Бузун И.Л., Исаев О.Б. Особенности модифицирования и расчет равновесного состава неметаллических включений в сталях, обработанных кальцием. / Тезисы докладов X региональной научно-технической конференции. Мариуполь, апрель 2003. -Т.2. - С58-59. Автором проведено розрахунок рівноважного складу неметалевих включень у потрійній системі CaO-SiO₂-Al₂O₃ стосовно до умов обробки сталі кальцієм.

12. Чичкарев Е.А., Казачков Е.А., Рудакова С.Г. Моделирование и оптимизация процессов массообмена в ковше при обработке железоуглеродистых расплавов щелочноземельными элементами. / Тезисы докладов IХ региональной научно-технической конференции, Мариуполь, апрель 2002. Т.1. - С 82-83. Автором проведено розрахунки засвоєння і використання кальцію при обробці рідкої сталі в ковші.