ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА В СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОМ КОВШЕ

Полезная модель относится к области моделирования промышленных процессов, а именно к моделированию гидродинамических процессов в сталеразливочном ковше при внепечной обработке стали.
Известна двухмерная физическая модель сталеразливочного ковша для моделирования гидродинамических процессов (Кирпяков Г.С. Моделирование процессов перемешивания и удаления неметаллических включений при продувке инертным газом в сталеразливочном ковше / Г.С. Кирпяков, А.П. Верзилов, Е.В. Штепан // Металлургия XXI столетия глазами молодых: всеукраинская научно-практическая конференция студентов: сборник докладов. - Донецк: ДонНТУ, 2012. - С. 26-27.).
Физическая модель состоит из трех плит органического стекла (центральная представляет собой внутренний контур промышленного сталеразливочного ковша) и выполнена в масштабе 1:6. В качестве рабочей жидкости, моделирующей жидкую сталь, используют воду при температуре 18-25°С. Для перемешивания расплава применяют сжатый воздух. Движение потоков фиксируют с помощью цифровой видеокамеры.
Данная модель не позволяет проводить адекватное трехмерное моделирование гидро-газодинамических процессов, отсутствует возможность количественной оценки эффективности перемешивания моделирующей жидкости.
Наиболее близким техническим решением является лабораторная установка для изучения процессов перемешивания жидкости в ковше (Смирнов, А.Н. Некоторые вопросы оценки интенсивности перемешивания при продувке металла в ковше инертным газом. Сообщение 1. / А.Н. Смирнов, Е.В. Ошовская, И.Н. Салмаш [и др.] // Процессы литья. - 2008. - №4 С. 41-48.).
Установка состоит из прозрачной модели сталеразливочного ковша, компрессора, узла для регулировки подачи воздуха, трубопровода, блока измерения параметров вдуваемого воздуха (расход, давление), продувочных узлов, установленных в днище. Установка дополнительно снабжена датчиками измерения электропроводности воды, мостовой схемой, стабилизированным блоком питания и самописцем. В качестве моделирующей жидкости используется вода. В качестве индикатора используется солевой раствор, который подается вблизи датчиков измерения электропроводности воды. Наблюдаемые процессы перемешивания жидкости фиксируются видеосъемкой. Время гомогенизации объема жидкости измеряют с помощью электрохимического метода.
Однако эта установка не позволяет оценивать скорость перемещения потоков жидкости в объеме модели сталеразливочного ковша, отсутствует возможность подачи индикатора в модель сталеразливочного ковша непосредственно через продувочные узлы, отсутствует возможность изучения гидро-газодинамических процессов при продувке газом через верхнюю продувочную фурму. Кроме этого отсутствует возможность точной фиксации уровня моделирующей жидкости в модели сталеразливочного ковша и оперативного обновления моделирующей жидкости.
Существующая техническая проблема заключается в расширении функциональных возможностей лабораторной установки, а также возможности проведения лабораторных исследований гидрогазодинамических процессов на модели сталеразливочного ковша путем визуального наблюдения процесса гидродинамики при продувке моделирующей жидкости газом как снизу так и сверху.
Данная техническая проблема решается тем, что, лабораторная установка для моделирования гидродинамики металлического расплава в сталеразливочном ковше, содержащая модель сталеразливочного ковша с моделирующей жидкостью, нижние продувочные узлы, соединенные через блок измерения параметров вдуваемого воздуха с узлом регулирования подачи воздуха, соединенным с помощью трубопровода с компрессором, датчики измерения электропроводности моделирующей жидкости, согласно полезной модели установка снабжена установленным на трубопроводе после компрессора резервуаром для ввода индикатора с регулирующим устройством, а в днище модели сталеразливочного ковша смонтированы линии подвода и отвода моделирующей жидкости с узлами для регулирования подачи и отвода моделирующей жидкости, при этом модель сталеразливочного ковша оборудована моделью верхней продувочной фурмы и датчиками уровня моделирующей жидкости, расположенными на боковой стенке модели сталеразливочного ковша, а датчики измерения электропроводности моделирующей жидкости выполнены погружными.
Технический эффект, получаемый при реализации полезной модели заключается в возможности исследования гидро-газодинамических процессов при продувке газа сверху за счет установки модели верхней продувочной фурмы, возможности визуального наблюдения за гидродинамическими процессами моделирующей жидкости за счет подачи индикатора через нижний продувочный узел, а наличие линии подвода и отвода моделирующей жидкости с узлами для регулирования подачи и отвода моделирующей жидкости, наличие датчиков уровня моделирующей жидкости позволяют расширить функциональные возможности лабораторной установки.
На чертеже изображена заявляемая установка.
Установка состоит из модели сталеразливочного ковша 1 с моделирующей жидкостью, нижних продувочных узлов 2, узлов регулирования подачи воздуха 3, резервуара для ввода индикатора 4, с регулирующим устройством 5, компрессора 6, узлов 7 для регулирования подачи и отвода моделирующей жидкости, линий 8 подвода и отвода моделирующей жидкости, смонтированными в днище модели сталеразливочного ковша 1. В качестве индикатора используется водный раствор перманганата калия или солевой раствор.
Нижние продувочные узлы 2 соединены с блоком измерения параметров вдуваемого воздуха, состоящим из датчиков давления воздуха 9 и датчиков расхода воздуха 10, кроме того, модель сталеразливочного ковша оборудована погружными датчиками 11 измерения электропроводности моделирующей жидкости, которые непрерывно передают сигнал о концентрации соли на дисплей кондуктометра (на схеме не представлено) и, расположенными на боковой стенке модели сталеразливочного ковша, датчиками уровня 12 моделирующей жидкости и моделью верхней продувочной фурмы 13.
Установка работает следующим образом. Узел 7 для регулирования подачи и отвода моделирующей жидкости устанавливается в положение открыто и осуществляется подача моделирующей жидкости по линии 8 подвода моделирующей жидкости. Происходит наполнение модели сталеразливочного ковша 1 моделирующей жидкостью до рабочего уровня, определяемого с помощью датчиков уровня моделирующей жидкости 12. Затем узел 7 для регулирования подачи и отвода моделирующей жидкости устанавливается в положение закрыто, и подача моделирующей жидкости прекращается.
Узлы регулирования подачи воздуха 3 устанавливаются в положение открыто. Подача порции индикатора из резервуара 4 осуществляется путем установки регулирующего устройства 5 в положение открыто, после чего осуществляется его закрытие. Затем осуществляется подача воздуха компрессором 6 к нижним продувочным узлам 2. Контроль давления воздуха и его расхода осуществляется через блок измерения параметров вдуваемого воздуха, состоящего из датчиков давления воздуха 9 и датчиков расхода 10 воздуха. При необходимости исследования гидро-газодинамических процессов при верхней продувке используется модель верхней погружной фурмы 13. Во время работы установки датчики 11 измерения электропроводности моделирующей жидкости, находящиеся внутри объема моделирующей жидкости, непрерывно передают сигнал о концентрации соли на дисплей кондуктометра. Отвод моделирующей жидкости осуществляется по линии 8 отвода моделирующей жидкости.
По получаемой в результате эксперимента гидродинамической картине распределения индикатора в объеме модели сталеразливочного ковша, скорости движения потоков жидкости и газа, минимальном времени необходимом для усреднения концентрации индикатора по всему объему модели сталеразливочного ковша оценивается эффективность размещения, тип и конфигурация продувочных устройств.