НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНЕ ДВОФАЗНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОДИНАМІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ ПОВЕДІНКИ МЕТАЛЕВОЇ ВАННИ НА ПОВЕРХНІ ТА В ОБ’ЄМІ ПРИ ПРОДУВАННІ З ВИКОРИСТАННЯМ ФУРМ, ЩО ВІДПОВІДАЮТЬ ЗА КОНСТРУКЦІЄЮ ФУРМАМ ДЛЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.47.2025.2Ключові слова:
низькотемпературне моделювання, високотемпературне моделювання, кисневий конвертер, киснева фурма, гідро-газодинамікаАнотація
Наведені результати комплексного порівняльного аналізу низькотемпературного та високотемпературного дослідження процесів продувки рідкого розплаву крізь верхню продувну фурму за максимальної подоби технологічних умов продувки. Встановлено, що проведення двофазного моделювання конвертерного процесу з продувкою зверху з використанням у якості моделюючих фаз води та поліметилсиліконової олії можливо та доцільно проводити задля вирішення задачі дослідження перемішування та спінювання фаз та оцінювання впливу другої фази на утворення сплесків під час продувки. При цьому вплив поліметилсиліконової олії на утворення кратеру взаємодії води з газовим струменем не відповідає дійсним процесам, які відбуваються протягом більшого часу продувки конвертерної ванни, а можуть бути тільки інтерпретацією, наприклад, останнього періоду продувки, коли шлак утворюється значно повільніше, ванна «осідає» та спостерігається «оголення» металу за рахунок відступу шлаку від центу ванни.
Посилання
2025 World Steel in Figures URL: https://worldsteel.org/wp-content/uploads/World-Steel-in-Figures-2025.pdf
Ocheri C., Ajani O.O., Daniel A., Agbo N. The steel industry: A stimulus to national development. J. Powder Metall. Min, 2017. Vol. 6. P. 2–5.
Cavaliere P. Basic oxygen furnace: Most efficient technologies for greenhouse emissions abatement. Clean Ironmaking and Steelmaking Processes. Springer, Cham., 2019.
Semykin S.I., Golub T.S. Investigation of electric potential difference during the top oxygen blowing in converter. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. 2018, Vol. 88(1), P. 35–40.
Semykin S.I., Golub T.S., Dudchenko S.A. Improving the efficiency of the low-voltage potential application method at top oxygen blowing in converter. Sci. in nov., 2020. Vol. 16, no. 2. Р. 72–79.
Семыкина Т.С., Семыкин С.И. Анализ распределения элементов между металлом и шла-ком при выплавке стали в конвертере. Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии, 2006. Вип. 13. С. 71–75.
Чернятевич А.Г., Сигарев Е.Н., Чернятевич И.В. Новые разработки конструкций кислород-ных фурм и способов продувки ванны 160-т конвертеров ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог». Теория и практика металлургии, 2010. №2. С. 31–38
Сущенко А.В., Попов E. С., Сідорчук Р.С., Лігус М.М., Орліченко M.П. Модернізація соплового блоку кисневої фурми та вдосконалення дуттьового режиму плавки при зміні шихтових та виробничих умов в ККЦ ПАТ «МК «Азовсталь». Вісник Приазовського Дер-жавного Технічного Університету. Серія: Технічні науки, 2014. Вип. (27). С. 29–39.
Laciak M., Kačur J., Terpák J., Durdán M., Flegner P. Comparison of different approaches to the creation of a mathematical model of melt temperature in an LD converter. Processes, 2022. Vol. 10(7). P. 1378.
Singha P., Shukla A.K. Contribution of hot-spot zone in decarburization of BOF steel-making: Fundamental analysis based upon the FactSage-Macro program. Metals, 2022. Vol.12(4). P. 638.
Kadrolkar A., Dogan N. Model development for refining rates in oxygen steelmaking: Impact and slag-metal bulk zones. Metals, 2019. Vol. 9(3). P. 309.
Hewage A.K., Rout B.K., Brooks G., Naser J. Analysis of steelmaking kinetics from IMPHOS pilot plant data. Ironmaking & Steelmaking, 2016. Vol. 43(5). P.358–370.
Wang J., Fang Q., Jiа J., Huang K., Shi W., Liu C., Zhang H. Melting mechanism of steel scrap in a converter with combined blowing. Journal of Materials Research and Technology, 2023. Vol. 27. P. 7047–7058.
Dering D., Swartz C., Dogan N. Dynamic modeling and simulation of basic oxygen furnace (BOF) operation. Processes, 2022. Vol. 8(4). P. 483.
Gao M., Gao J.T., Zhang Y.L. Yang S.F. Two-dimensional temperature distribution and heat transfer during scrap melting. JOM, 2020. Vol. 72. P. 1943–1952.
Cao L., Wang Y., Liu Q., Feng X. Physical and mathematical modeling of multiphase flows in a converter. ISIJ International, 2018. Vol. 58. Iss. 4. P. 573–584.
Sun J., Zhang J., Jiang R. Feng X., Liu Q. Numerical simulation of droplet splashing behavior in steelmaking converter based on VOF-to-DPM hybrid model and AMR technique. Metall Mater Trans B, 2024. Vol. 55. P. 1098–1116.
Lv M., Che, S., Yang L., Wei G. Research progress on injection technology in converter steelmaking process. Metals, 2022. Vol. 12(11). P. 1918.
Kemminger A., Krause F., Odenthal H.J. CFD simulation of top-blown converters. 9th EOSC European Oxygen Steelmaking Conference, Aachen, October 2022.
Sun J., Zhang J., Lin W., Cao L., Feng X., Liu Q. Effect of impact cavity shape induced by supersonic oxygen jet on the dynamic characteristics of molten bath in converter. Steel research international, 2021. Vol.92. Iss.9. P. 2100179
Wang X, Liu K, Liu G, Han P, Ma H. Effect of cavity shape caused by jet impact of swirl-type oxygen lance on molten bath mixing efficiency. Ironmaking & Steelmaking, 2024. Vol. 51(5). P. 460–469.
Filho A.C.P.C., Barbosa A.L.L., Maia B.T., de Almeida E.N., de Melo G.M.S., Gargano J.P.P.S., da Silva K.L. M.M., de Vasconcelos L.H.L., Lemos L.R., da Costa Viana L.A. , da Silva R.C. Jet over water penetration and equations — 04 nozzle variations. Proceedings of the Seminar on Steelmaking, Casting and Non-Ferrous Metallurgy. 53rd Seminar on Steelmaking, Casting and Non-Ferrous Metallurgy, 2024. Vol. 53. No. 53. P. 3–17.
Семикін С.І., Голуб Т.С., Вакульчук В.В. Дослідження на фізичній моделі особливостей поведінки двофазної ванни при верхньому продуванні через наконечник зі складеними со-плами. Фундаментальні і прикладні проблеми чорної металургії, 2020, №34. С. 129–138.
Семыкин С.И., Голуб Т.С., Дудченко С.А., Вакульчук В.В. Исследование на физической модели с верхней продувкой газодинамического напора и параметров струи при ее истече-нии из кольцевого коаксиального щелевого сопла в жидкую ванну. Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии, 2018. Вип. 32. С. 220–228.
Cai X.-Y., Duan H.J., Li D.-H., Xu A.-J., Zhang L.-F. Water modeling on fluid flow and mixing phenomena in a BOF steelmaking converter. J. Iron Steel Res. Int., 2024. Vol. 31. P. 595–607.
Naito K., Kitamura S., Ogawa Y. Effects of BOF top blowing and bottom stirring conditions on suppressing excessive oxidation. Ironmaking & Steelmaking, 2002. Vol. 29. Iss. 3. Р. 208–213
Чернятевич А.Г., Молчанов Л.С., Юшкевич П.О. Высокотемпературное моделирование продувки конвертерной ванны с применением трехъярусной фурмы. Металл и литье Ук-раины, 2017. № 6-7. С. 17–21.
Semykin S.I., Golub T.S. In situ investigation of slag-metal interactions in top blown oxygen converter upon low-voltage application. JOM, 2018. Vol. 70(10). Р. 2262–2269.
2025 World Steel in Figures. https://worldsteel.org/wp-content/uploads/World-Steel-in-Figures-2025.pdf
Ocheri C., Ajani O.O., Daniel A., Agbo N. (2017) The steel industry: A stimulus to national development. J. Powder Metall. Min. vol. 6. P. 2–5.
Cavaliere P. (2019) Basic oxygen furnace: Most efficient technologies for greenhouse emissions abatement. Clean Ironmaking and Steelmaking Processes. Springer, Cham.
Semykin S.I., Golub T.S. (2018) Investigation of electric potential difference during the top oxygen blowing in converter. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. vol. 88(1). P. 35–40.
Semykin S.I., Golub T.S., Dudchenko S.A. (2020) Improving the efficiency of the low-voltage potential application method at top oxygen blowing in converter. Sci. in nov. vol. 16(2). P. 72–79.
Semykina Т.S., Semykin S.I. (2006) Аnaliz raspredelenia elementov mezdu metalom I shlakom pri vyplavke stali v konvertere [Analysis of element distribution between metal and slag during steelmaking in a converter]. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy. vol. 13. P. 71–75. [in Russian]
Cherniatevych А.H., Sigarev Ye.N., Cherniatevych I.V. (2010) Novye razrabotki konstruktsii kislorodnyh furm i sposobov produvki vanny 160-t konverterov PJSC ArcelorMittal Kryvyi Rih. [New developments in oxygen tuyeres and bath blowing methods for 160-ton converters at PJSC ArcelorMittal Kryvyi Rih]. Theory and Practice of Metallurgy. vol. 2. P. 31–38. [in Russian]
Sushenko А.V., Popov E.S., Sidorchuk R.S., Ligus М.М., Orlichenko M.P. (2014) Мoderni-zatsiia soplovogo bloku kysnevoi furmy ta vdoskonalennia duttiovogo rezhymu plavky pry zmini shyhtovyh ta vyrobnychyh umov ККTs PJSC “MK ”Azovstal”. [Modernization of the nozzle block of the sour tuyere and upgrading of the blast melting mode when changing the charge and smelting minds in the BOF of PJSC “MK ”Azovstal”]. Bulletin of the Azov State Technical University. Series: Technical Sciences. vol.(27). P. 29–39. [in Ukrainian]
Laciak M., Kačur J., Terpá K.J., Durdán M., Flegner P. (2022) Comparison of different approaches to the creation of a mathematical model of melt temperature in an LD converter. Processes. vol. 10(7). P.1378.
Singha P., Shukla A.K. (2022) Contribution of hot-spot zone in decarburization of BOF steel-making: Fundamental analysis based upon the FactSage-Macro program. Metals. vol.12(4). P. 638.
Kadrolkar A., Dogan N. (2019) Model development for refining rates in oxygen steelmaking: Impact and slag-metal bulk zones. Metals. vol. 9(3). P. 309.
Hewage A.K., Rout B.K., Brooks G., Naser J. (2016) Analysis of steelmaking kinetics from IMPHOS pilot plant data. Ironmaking & Steelmaking. vol. 43(5). P. 358–370.
Wang J., Fang Q., Jiа J., Huang K., Shi W., Liu C., Zhang H. (2023) Melting mechanism of steel scrap in a converter with combined blowing. Journal of Materials Research and Technology. vol. 27. P. 7047–7058.
Dering D., Swartz C., Dogan N. (2022) Dynamic modeling and simulation of basic oxygen furnace (BOF) operation. Processes. vol. 8(4). P. 483.
Gao M., Gao J.T., Zhang Y.L. Yang S.F. (2020) Two-dimensional temperature distribution and heat transfer during scrap melting. JOM. vol. 72. P. 1943–1952.
Cao L., Wang Y., Liu Q., Feng X. (2018) Physical and mathematical modeling of multiphase flows in a converter. ISIJ International. vol. 58 (4). P. 573–584.
Sun J., Zhang J., Jiang R. Feng X., Liu Q. (2024) Numerical simulation of droplet splashing behavior in steelmaking converter based on VOF-to-DPM hybrid model and AMR technique. Metall. Mater. Trans. B. vol. 55. P. 1098–1116.
Lv M., Che S., Yang L., Wei G. (2022) Research progress on injection technology in converter steelmaking process. Metals. vol.12(11). P. 1918.
Kemminger A., Krause F., Odenthal H.J. (October 2022) CFD simulation of top-blown converters. 9th EOSC European Oxygen Steelmaking Conference, Aachen.
Sun J., Zhang J., Lin W., Cao L., Feng X., Liu Q. (2021) Effect of impact cavity shape induced by supersonic oxygen jet on the dynamic characteristics of molten bath in converter. Steel research international. vol. 92(9). P. 2100179.
Wang X, Liu K, Liu G, Han P, Ma H. (2024) Effect of cavity shape caused by jet impact of swirl-type oxygen lance on molten bath mixing efficiency. Ironmaking & Steelmaking. vol. 51(5). P. 460–469.
Filho A.C.P.C., Barbosa A.L.L., Maia B.T., de Almeida E.N., de Melo G.M.S., Gargano J.P.P.S., da Silva K.L.M.M., de Vasconcelos L.H.L., Lemos L.R., da Costa Viana L.A., da Silva R.C. (2024) Jet over water penetration and equations — 04 nozzle variations. Proceedings of the Seminar on Steelmaking, Casting and Non-Ferrous Metallurgy. 53rd Seminar on Steelmaking, Casting and Non-Ferrous Metallurgy. vol. 53(53). P. 3—17.
Semykin S.I., Golub T.S., Vakulchuk V.V. (2020) Dosligzenia na fizychnii modeli osoblyvostei povedinky dvofaznoi vanny pry verhniomu produvanni cherez nakonechnyk zi skladenymy soplamy. [Investigation on a physical model of the peculiarities of the behavior of a two-phase bath with top blowing through a tip with folded nozzles]. Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy. vol. 34.P. 129–138. [in Ukrainian]
Semykin S.I., Golub T.S., Dudchenko S.O., Vakulchuk V.V. (2018) Issledovanie na fizicheskoi modeli s verhnei produvkoi gazodinamicheskogo napora i parametrov strui pri ee estechenii iz koltsevogo koaksialnogo shchelevogo sopla v zidkuu vannu. [A study on a physical model with top blowing of the gas-dynamic pressure and parameters of the jet as it flows out of an annular coaxial slot nozzle into a liquid bath] Fundamental and applied problems of ferrous metallurgy. vol. 32. P. 220–228. [in Russian]
Cai X.-Y., Duan H.J., Li D.-H., Xu A.-J., Zhang L.-F. (2024) Water modeling on fluid flow and mixing phenomena in a BOF steelmaking converter. J. Iron Steel Res. Int. vol. 31. P. 595–607.
Naito K., Kitamura S., Ogawa Y. (2002) Effects of BOF top blowing and bottom stirring conditions on suppressing excessive oxidation. Ironmaking & Steelmaking. vol. 29 (3). P. 208–213.
Cherniatevych A.H., Molchanov L.S., Yushkevych P.O. (2017) Vysokotemperaturnoe mod-elirovanie produvki konverternoi vanny s primeneniem trehyarusnoi furmy. [High-temperature modeling of converter bath blowing using a three-tier lance]. Metal and Casting of Ukraine. vol. 6—7. P. 17–21. [in Russian]
Semykin S.I., Golub T.S. (2018) In situ investigation of slag-metal interactions in top blown oxygen converter upon low-voltage application. JOM. vol. 70(10) P. 2262–2269.
