: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту)




Скачать 67.38 Kb.
Название: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту)
Дата публикации03.06.2014
Размер67.38 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Математика > Документы


УДК 621.771.2:613.633
Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном
доц., канд. техн. наук Кравец В. А., доц., канд. техн. Темнохуд В.А.,

доц., канд. техн. наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (ДонГТУ)
При наполнении ковша расплавом чугуна образуются выбросы в атмосферу, содержащие значительное количество бурого дыма – мелкодисперсной пыли оксидов железа. Для снижения выбросов бурого дыма применяется метод пылеподавления азотом, заключающийся в подаче газообразного азота в ковш, создании там безокислительной атмосферы и подавлении процесса образования бурого дыма.

Однако практически осуществить вдувание нейтрального газа вблизи точки удара струи чугуна о поверхность невозможно. Подача нейтрального газа со значительного расстояния с большой скоростью приведёт к дополнительному диспергированию металла и не к снижению, а к возрастанию выбросов. Если же подавать нейтральный газ с малой скоростью через сопла, удалённые от точки удара струи металла, то возникает опасность, что газ будет уноситься встречным потоком выбросов и не достигнет зоны диспергирования чугуна. Необходимо подавать азот с рациональной скоростью, таким образом, чтобы он достиг нужной зоны.

Таким образом, правильная организация подачи азота с учётом аэродинамических процессов, оказывается решающим фактором, обеспечивающим эффективность пылеподавления.

Газовые потоки, образующиеся при наполнении ковша жидким чугуном, играют важную роль в процессе образования бурого дыма и формировании факела выбросов из ковша. Поток воздуха доставляет кислород в зону диспергирования струи металла, затем происходит взаимодействие кислорода газовой фазы с брызгами чугуна, и образовавшийся в результате этого взаимодействия бурый дым, выносится из ковша потоком выбросов в окружающую среду. Если установить через какие зоны происходит поступление в ковш свежего воздуха, то, подавая в эти зоны нейтральный газ, можно обеспечить поступление его в объём ковша и, одновременно, затруднить доступ в ковш воздуха, содержащего кислород.

Для решения поставленной задачи необходимо изучить пути формирования факела выбросов. Основным источником поступления воздуха в ковш может быть эжектирование воздуха струёй металла. Рассмотрим процесс эжекции воздуха струёй жидкости в объём цилиндрического сосуда, имеющего бесконечно удалённое от горловины дно. Пусть струя жидкости падает отвесно вдоль вертикальной оси ковша. Процесс эжектирования будем рассматривать как стационарный, а возникающие потоки газа будем считать ламинарными и изотермичными. Учитывая, что скорость струи металла, а, следовательно, и скорость газовых потоков в ковше, не превышает 15 м/с (т.е. число Маха М0,1), рассматриваем газ в приближении несжимаемой жидкости. Воспользуемся уравнением Навье-Стокса, записанным в цилиндрических координатах для стационарного изотермического ламинарного потока

, (1)

где Р - давление; y - расстояние вдоль вертикальной оси ковша; - коэффициент динамической вязкости газа; v - скорость потока газа; r - расстояние вдоль радиуса ковша.

Приведём уравнение (1) к безразмерному виду. В качестве характерных величин возьмём: ^ R - расстояние от струи металла до стенки ковша; Р1 - давление на уровне верхней кромки ковша; v0 -скорость падения струи металла на уровне верхней кромки ковша. Тогда уравнение (1) примет вид

, (2)

где - безразмерное давление; - безразмерная вертикальная координата; - безразмерная вертикальная компонента скорости газов; - безразмерное расстояние вдоль радиуса ковша.

Выражение (2) можно записать в виде

(3)

Дважды интегрируем по 1 и после преобразований получаем

, (4)

где С1 и С2 - постоянные интегрирования.

Граничные условия можно сформулировать следующим образом:

– вертикальная составляющая скорости газа на границе струи металла равна скорости падения металла, т.е.

при (5)

– на стенке ковша скорость потока равна нулю (условие прилипания),

при (6)

Учитывая граничные условия (5) и (6) при решении уравнения (4) получим

С2=1;

(7)

Подставляя значения С1 и С2 в (4) получим

(8)

Для определения величины воспользуемся тем обстоятельством, что объём воздуха, поступающего в ковш равен объёму воздуха, выбрасываемого из ковша, т.е.

(9)

Подставляя в (9) выражение (8), после интегрирования получим



Следовательно

(10)

Подставляя выражение (10) в (8) после преобразований получаем

(11)

Выражение (11) описывает профиль скорости установившегося ламинарного изотермического потока газа, возникающего вследствие эжекции воздуха в ковш струёй металла. Потоки газа (прямой и обратный) можно считать установившимися на некотором расстоянии от поверхности расплава, т.е. на удалении от зоны разворота потока газа. Поэтому выражение (11) может быть в первом приближении использовано для описания профиля скорости на уровне верхней кромки ковша, но непригодно для описания процессов в объёме ковша, в особенности, в придонной части.

Из условия u2=0, находя корни уравнения (11), определим точки на срезе ковша, в которых скорость равна нулю. Одна такая точка при 1=1 соответствует стенке ковша, а другая при 1=0,5 соответствует точке, лежащей на границе зоны всасывания и зоны выбросов. Расход газа в факеле выбросов из ковша можно определить из выражения

(12)

Следует отметить, что выражение (9) выполняется только для изотермического потока. Реальный процесс является неизотермическим. Попытаемся учесть влияние температуры на профиль скорости потока газа на уровне верхней кромки ковша.

Рассмотрим следующую модель процесса. Пусть воздух поступает внутрь ковша через зону всасывания, образованную струёй металла, с температурой окружающей среды (около 200С). В объёме ковша воздух нагревается и выносится наружу нагретый до 2000С. Примем, что потоки газов между собой не смешиваются и теплообмен между ними отсутствует. Тогда выражение (9) примет вид

, (13)

где - безразмерная координата точки, лежащей на границе зоны всасывания и зоны выбросов; - отношение плотности газа в потоке выбросов к плотности эжектируемого воздуха.

Таким образом, выражение (13) позволяет учесть тепловое расширение газа в объёме ковша и, в какой-то мере, неизотермичность процесса.

Для определения воспользуемся тем, что при выражение (8) равно нулю

(14)

Из (14) найдём

(15)

Подставляя (15) в (8) получим

(16)

Подставив выражение (16) в уравнение (13) после интегрирования получим

(17)

Из уравнения (17) можно найти значения при различных значениях . Предполагая, что воздух эжектируется в ковш с температурой 200С определим величину при различных значениях температуры потока выбросов tв. Уравнение (17) не может быть решено аналитическим путём, поэтому решалось численно. Расчёт был произведен на персональном компьютере для случая наполнения чугуном 350-тонного ковша из 2500-тонного миксера. Результаты расчёта приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Расчётные параметры факела выбросов при наполнении 350-тонного ковша чугуном

Температура потока выбросов tв, 0С

Отношение плотности потока выбросов к плотности эжектируемого воздуха,

Координата точки, лежащей на границе зон всасывания и выбросов,

Расход в факеле выбросов из ковша V, м3

20

1

0,5

11,2

200

0,60

0,45

15,3

300

0,52

0,43

17,3

400

0,43

0,41

19,8


Подставляя значения из таблицы 1 в уравнение (16), получим выражения, описывающие профиль скорости потока в зависимости от температуры выбросов. Формулы для расчёта профиля скорости приведены в таблице 2.

Реальная температура потока выбросов из ковша составляет около 2000С. За счёт эжектирования воздуха струёй чугуна из ковша выбрасывается, согласно результатам расчёта, приведенным в таблице, 15,3 м3/с. Учитывая, что за счёт тепловой конвекции из ковша выбрасывается до 6,7 м3/с, а за счёт вытеснения металлом воздуха - 0,2 м3/с, общий выброс из ковша составит 22,3 м3/с, что сопоставимо с экспериментально определённой величиной – 22 – 33 м3/с.
Таблица 2 – Расчётные профили скорости на уровне верхней кромки ковша

Температура выбросов, 0 С

Формула для расчёта профиля скорости

20



200



300



400




Таким образом, из найденного аналитическим путём решения видно, что основным источником формирования факела выбросов при наполнении 350-тонного ковша чугуном является процесс эжектирования воздуха струёй металла. При этом вокруг струи чугуна образуется зона всасывания, а остальную площадь среза ковша занимает зона выбросов.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconМетод анализа безопасности с помощью дерева отказов доц., канд техн...
Основной целью анализа безопасности является уменьшение вероятности аварий и связанных с ними человеческих жертв, экономических потерь...

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconГоринА. Н., д-р техн наук, проф., Д ё м и н М. В., канд техн наук,...
Горин А. Н., д-р техн наук, проф., Дёмин М. В., канд техн наук, ст преп., Кудрин А. Б., канд техн наук, доц. (Доннуэт, Донецк)

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconОценка эффективности действия добавок системы «релаксол» при пониженных температурах
СоповВ. П., канд техн наук, доц., Синякин А. Г.,канд техн наук, доц., (Хгтуса, Харьков), Лихопуд А. П., технический директор, (Будиндустрия...

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconКонструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconЗвенья железобетонные безнапорных труб прямоугольного сечения для...
С. Н. Путилова (руководитель темы); Е. Ф. Кульженко; Г. М. Реминец, канд техн наук; А. С. Герус; В. И. Мелихов, канд техн наук; К....

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconВлияние кавитации на гидравлические характеристики дроссельных устройств гидропривода
М. М. Глазков, канд техн наук, доц.; В. Г. Ланецкий, канд техн наук, доц.; В. Н. Куренков научн сотр.; Т. В. Тарасенко, ассист

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconОсобенности расчетА механического компенсатора погрешностей холодноштамповочного оборудования
В. С. Запорожченко*, канд техн наук, доц.;А. П. Качанов**, канд техн наук, доц

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconГосударственный стандарт союза сср    
И. В. Богданова, канд хим наук; И. Е. Ковалева, канд техн наук; З. Б. Энтин, канд техн наук (руководители темы); С. Г. Незнамова;...

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconМехатронная система подачи исполнительного органа проходческого комбайна...
Шабаев О. Е., канд техн наук, докторант,Семенченко А. К., докт техн наук, проф., Хиценко Н. В., канд техн наук, доц., Степаненко...

: 613. 633 Оценка вклада процесса эжектирования воздуха струёй металла в формирование факела выбросов при наполнении ковша чугуном доц., канд техн наук Кравец В. А., доц., канд техн. Темнохуд В. А., доц., канд техн наук Откидач В. В., Мацурина М. И., (Донгту) iconГосударственный стандарт союза сср установки парогазовые
Е. Н. Прутковский, д-р техн наук (руководитель темы); Г. Г. Ольховский, д-р техн наук; В. П. Дробот, канд техн наук; Н. С. Чернецкий,...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<