Development of a deterministic mathematical model of heat and mass transfer processes at heating of linings in casting ladles

Abstract

Авторское резюмеСостояние вопроса: При разогреве оксидноуглеродистых смолосвязанных футеровок сталеразливочных ковшей протекает ряд тепломассообменных и физико-химических процессов, взаимное влияние которых затрудняет разработку рациональных технологических режимов разогрева футеровки. Эта задача может быть успешно решена с применением детерминированных математических моделей. До настоящего време-ни было разработано достаточно много моделей разного уровня сложности, однако большинство из них имеют ряд существенных недостатков. Разработка и применение более совершенных комплексных детерми-нированных математических моделей, позволяющих исследовать тепловую работу стендов и футеровок на стадии разогрева и транспортирования расплава, являются эффективным и относительно малозатратным направлением теплотехнических исследований. Материалы и методы: Использован метод математического моделирования тепломассообменных процессов на основе численного решения краевой задачи теории теплопроводности методом конечных разностей. Результаты: Разработана комплексная детерминированная математическая модель тепловой работы стен-дов разогрева футеровок сталеразливочных ковшей. На основе анализа результатов многовариантных рас-четов получены новые количественные данные о влиянии ряда факторов на тепловую эффективность рабо-ты стендов разогрева. Установлено, что для ковшей емкостью 90 т увеличение температуры подогрева воз-духа от 10 до 400 о С при одновременном уменьшении величины зазора между крышкой и ковшом с 250 до 50 мм приводит к снижению удельного расхода условного топлива с 40,8 до 26,0 кг у.т./т транспортируемой стали, т.е. почти в 1,6 раза. Для ковшей емкостью 480 т аналогичные изменения температуры подогрева воз-духа и зазора между крышкой стенда и ковшом приводят к снижению расхода топлива с 23,8 до 17,0 кг у.т./т транспортируемой стали, т.е. в 1,4 раза. Стенды для разогрева ковшей емкостью 90 т, по сравнению со стен-дами разогрева 480-тонных ковшей, имеют фактически в 1,5-1,6 раза больший удельный расход условного топлива и, следовательно, менее экономичны. Выводы: Разработанная комплексная детерминированная математическая модель позволяет исследовать работу футеровок сталеразливочных ковшей на стадии их разогрева. Ее можно использовать для выполне-ния прогнозных и инженерных расчетов. Модель позволяет разрабатывать оптимальные температурные и тепловые режимы разогрева футеровок.Ключевые слова: математическая модель, метод сеток, тепломассообмен в футеровке, углеродсодержащая футеровка, тепловая эффективность, сталеразливочный ковш. Development of a deterministic mathematical model of heat and mass transfer processes at heating of linings in casting ladles AbstractBackground: Mutual influence of certain heat and mass transfer and physicochemical processes taking place in oxide-carbon resin-bound linings of casting ladles under heating hinders the development of rational technological modes of lining heating-up. This problem can be successfully solved using deterministic mathematical models. Most of the models of different...