DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-08
С. В. Греков1,*, н.с., ORCID 0000-0003-2849-0999
В. П. Піптюк1, к.т.н., с.н.c., ORCID 0000-0002-2915-1756
П. Г. Прокопенко1,пров. метролог
С. Є. Самохвалов1, д.т.н., с.н.с., проф. ORCID 0000-0002-7362-213X
Є. С. Какушкін1, пров. інж.
1 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
* Автор для листування: gsv4321@i.ua
Експериментальні дослідження процесів позапічного легування металевого розплаву методом холодного фізичного моделювання. Частина 1. Вибір матеріалів, підготовка і тестове випробування обладнання
Анотація. В переліку факторів впливу на процеси позапічної обробки металевих розплавів важливе місце займають умови перемішування рідкої металевої ванни в наповненому сталерозливному ковші за рахунок продування аргоном крізь донні продувні фурми з різною (від 50 до 1100 л/хв в залежності від виробничих умов) інтенсивністю при здійсненні цих операцій, марки і виду використовуваного легуючого матеріалу яким саме обробляється розплав, температурного стану ванни та деяких інших чутливих до впливу на ефективність застосування матеріалу-добавки факторів. Виконаними в останній час особистими дослідженнями на прикладі грудкового феромарганцю марки ФМн78 методом математичного моделювання показано вплив кількості легуючого матеріалу на гідродинамічний і тепловий стан металевого розплаву в ковшах ємністю 60 та 250 т під час і в короткотривалий період після його введення. Визначено, що в прилеглих до добавки об´ємах розплаву відбуваються зміни швидкісних і температурних параметрів, що впливає на умови плавлення і розподілу його продуктів в ванні. На підставі цього зроблено припущення стосовно впливу кількісного фактору на ефективність процесу легування. З врахуванням відсутності на теперішній час надійних значень швидкісних параметрів вітання твердих легуючих добавок при введенні в рідку металеву ванну в ковші під час її продування аргоном в залежності від витрат газу, інших умов і неможливості відповідної адаптації розробленої математичної моделі, що описує процес легування, було вирішено додатково дослідити гідродинаміку ванни в відповідних умовах методом холодного фізичного моделювання. Запропонована стаття присвячена висвітленню підготовчого періоду до проведення намічених фізичних досліджень.
Ключові слова: модельні матеріали легуючих, трасери, критерії подоби, тестові випробування.
Посилання для цитування: Експериментальні дослідження процесів позапічного легування металевого розплаву методом холодного фізичного моделювання. Частина 1. Вибір матеріалів, підготовка і тестове випробування обладнання / С. В. Греков, В. П. Піптюк, П. Г. Прокопенко, С. Є. Самохвалов, Є. С. Какушкін // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025.Вип. 39. С. 148-159. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-08
Перелік посилань
1. Fluid Flow and Mixing Phenomena in the Ladle Stirred by Argon through Multi-Tuyere / Zhu M. Y., Inomoto T., Sawada I., Hsiao T. C. // ISIJ International, Vol.35. 1995, No 5, pp. 472-479.
2. Cold Model Investigation of Fluid Flow and Mixing Characteristics by Bottom-blowing in Discontinuous Metallurgical Reactors / Koch K., Roth C., Peter M. // ISIJ International, Vol. 36. 1996, Supplement, pp. S50-S53.
3. In-situ Observation of Growth and Melting of a Solid Particle Using Transparent Organic Alloys / Esaka H., Itoga Y., Shinozuka K., Tamura M. // ISIJ International, 2006, Vol.46, Iss.6, pp. 864-870.
4. Mathematical Modeling of the Melting Rate of Metallic Particles in the Electric Arc Furnace / Gonzalez O. J. P., Ramirez-Argaez M. A., Conejo A. N. // ISIJ International, 2010, Vol.50, Iss.1, pp. 9-16.
5. Numerical Study of Multiphase Flow Dynamics of Plunging Jets of Liquid Steel and Trajectories of Ferroalloys Additions in a Ladle during Tapping Operations Rodriguez-Avila J., Morales R. D., Najera-Bastida A. // ISIJ International.2012. Vol. 52. Iss. 5. P. 814-822.
6. Modeling and Optimisation of Gas Stirred Ladle Systems / Mazumdar D., Dhandapani P., Sarvanakumar R. // ISIJ International, 2017, Vol. 57, No. 2, pp. 286–295.
7. Gas–stirring mixing in steelmaking ladles: A review / Liu X., Li B., Zhang L. & Yang Y. // Metallurgical and Materials Transactions B. 2018, 49(2), 477–495.
8. Effect of superheat and particle size on dissolution and mixing of alloy additions in ladles / Duan C., Zhang M., Wang, H., Wang X. // Steel Research International 2019, 90 (10).
9. Numerical simulation of dissolution kinetics of alloy lumps in steel ladles / Wang Z., Jiang M., Zang J. 765 // Metals, 2023,13(4).
10. Effect of ladle geometry and plug configuration on mixing time: A CFD study / Zang Y., Wang X. // Processes, 2023,11(8).
11. Mixing in steelmaking ladles with slag cover / Sahai Y., Guthrie R. I. L. // ISIJ International. 2010, 50(6), 813–822.
12. CFD and plant validation of copper alloy dissolution in ladle refining / Smith J., Brown A., Lee, D. // In AISTech Conference Proceedings. 2023.P. 1123–1135
13. Wire feeding of Ca for inclusion modification: Simulation and experiments / Kumar P., Singh R., Patel S. // Journal of Metallurgical Engineering, 2022, 11(2), 145–158.
14. Effect of the Location of Tracer Addition in a Ladle on the Mixing Time through Physical and Numerical Modeling / Mario Herrera-Ortega, José Ángel Ramos-Banderas, Constantin Alberto Hernández-Bocanegra, José Julián Montes-Rodríguez// ISIJ International, 2021, Vol. 61, No. 8, pp. 2185–2192.
15. Fluid Flow and Mixing Phenomena in Mechanically Agitated and Gas Stirred Ladle Systems and Their Comparisons/ Zunaid ALAM and Dipak Mazumdar// ISIJ International, 2022, Vol. 62,, No. 1, pp. 112-123.
16. Effect of the Injection Position on Mixing Time in a Centric Gasstirred Ladle Water Model Assisted by a Systematic CFD Study/ Rodrigo Villarreal-Medina, Gerardo Trápaga-Martínez, Luis Enrique Jardón-Pérez, Adrián Manuel Amaro-Villeda, and Marco Aurelio Ramírez-Argáez // ISIJ International, 2024, Vol. 64, No. 14. P. 2079-2083.
17. Вплив кількості добавки на гідродинаміку металевої ванни у ківші / Самохвалов С. Є., Піптюк В. П., Греков С. В. // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії, 2023, № 37, С.231-245.
18. Залежність стану металевої ванни від кількості застосовуваного феромарганцю на установці ківш-піч / Піптюк В. П., Самохвалов С. Є., Логозинський І. М., Греков С. В. // Метал та лиття України, 2025, vol. 33, №1 (340). C. 19-25.
19. Вплив кількості добавки на тепловий стан металевої ванни у ківші / Самохвалов С. Є., Піптюк В. П., Греков С. В. // Сучасні проблеми металургії, Наукові вісті, 2025, №28. C. 201- 212.
20. Математичне моделювання тепломасопереносних процесів у ковші при введенні добавок з відмінною від рідкої сталі густиною / Самохвалов С. Є., Піптюк В. П., Греков С. В.// Збірник тез Всеукраїнської науково-методичної конференції “Проблеми математичного моделювання” (27 – 28 травня 2025 року, м. Кам’янське), ДДТУ, 2025, с.126.
21. Подготовка оборудования для физического моделирования процессов обработки расплава в сталеразливочном ковше / Пиптюк В. П., Прокопенко П. Г., Греков С. В., Костюк Ю. Б., Андриевский Г. А., Аносова А. А. // Фундаментальные и прикладные проблемы чёрной металлургии, 2014, Вып. 28. C.161-170.
22. Web-site: https://bmcmetals.lv/ru/standarty/tablitsa-plotnosti-matyerialov-i-koeffitsiyentov.html
23. Звіт про науково-дослідну роботу “Розвиток наукових уявлень про процеси ковшової обробки сталі з урахуванням порційного вводу добавок і особливостей перемішування та теплового стану при дегазації металу” № держ. рег. 0118U000081. – ІЧМ НАНУ, 2020. – 200с
Рукопис надійшов до редакції 01.08.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025
