The Investigation of the Thermal Performance of the Graphitized Hollow Electrode in the "Ladle-Furnace" with the Supply of Neutral Gas
Loading...
Files
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Physical-Technological Institute of Metals and Alloys of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv
Abstract
ENG: The article presents an analysis of heat transfer efficiency from an electric arc discharge formed in the sub-electrode zone to a metal bath under different operating conditions of the “ladle-furnace” (LF). A numerical modeling methodology has been developed, and the obtained data have been analyzed to determine the heat transfer efficiency with the supply of neutral gas through a graphitized hollow electrode (GHE). The objective of this study is the numerical modeling of the influence of changing the geometric parameters of the metal bath cavity formed by gas injection through the channel of the graphitized hollow electrode on the heat transfer efficiency from the electric arc to the metal bath at different thickness of the slag cover in the “ladle-furnace”. Research methods. Numerical modeling of the heating of the metal bath was performed on a developed 3D model of a steel ladle with liquid metal and a cavity zone formed under the action of an electric arc and gas supplied through the channel of the graphitized hollow electrode. Heating was conducted under different geometric parameters of the cavity and varying heights of the slag cover. The obtained data were analyzed, indicating the advantage of using the graphitized hollow electrode with gas supply through its channel compared to a conventional electrode. Results obtained. The share of heat absorbed by the slag and metal under the conditions of using a conventional electrode and a hollow electrode with gas supply through its channel was determined. The influence of the parameters of the reaction zone formed under the GHE on the heat transfer from the electric arc to the metal bath was determined, with maximum temperature increase values of the metal amounting to 0.6 ºC/min. Scientific novelty. New data were obtained regarding the influence of neutral gas supply through GHE on the amount of heat transferred to the metal by convection, and indicators of the heat flux density from the electric arc to the metal cavity in the sub-electrode zone were determined. Practical significance. It was determined that increasing the area of the metal cavity by supplying gas through the GHE channel improves the heat transfer from the electric arc to the metal bath. Meanwhile, increasing the thickness of the slag cover reduces heat losses to the furnace atmosphere. The carried out research provided important data regarding the thermal performance of the "ladle-furnace" in the sub-electrode zone, which can be further utilized for process optimization.
UKR: У статті виконано аналіз ефективності передачі теплоти від електродугового розряду, сформованого в піделектродній зоні, до металевої ванни за різних умов роботи установки «ківш-піч» (УКП). Розроблено методику чисельного моделювання, проаналізовано отримані дані, визначено ефективність передачі теплоти з подачею нейтрального газу через графітований порожнистий електрод (ГПЕ). Метою цієї роботи є чисельне моделювання впливу зміни геометричних параметрів лунки металу, яка сформована за рахунок вдування газу каналом графітованого порожнистого електрода на ефективність передачі теплоти від електричної дуги до металевої ванни при різній висоті шлакового покрову на установці «ківш-піч». Методи дослідження. Чисельне моделювання нагріву металевої ванни на розробленій 3D моделі сталерозливного ковша з рідким металом і зоною лунки, утвореної під дією електричної дуги, та газу, який подається каналом графітованого порожнистого електрода. Нагрівання проводилося за різних геометричних параметрів лунки та різної висоти шлакового покрову. Виконано аналіз отриманих даних, який вказав на перевагу використання графітованого порожнистого електрода з подачею газу його каналом перед звичайним електродом. Отримані результати. Визначено частку теплоти, яку поглинули шлак і метал за умов використання звичайного електрода, та порожнистого з подачею газу його каналом. Визначено вплив параметрів реакційної зони, що формується під ГПЕ на передачу теплоти від електричної дуги до металевої ванни, максимальні значення приросту температури металу склали 0,6 ºC/хв. Наукова новизна. Отримані нові дані щодо впливу подачі нейтрального газу через ГПЕ на кількість теплоти, що передається металу конвекцією, визначені показники густини теплового потоку від електричної дуги до лунки металу в піделектродній зоні. Практична цінність. Визначено, що за рахунок збільшення площі металевої лунки за допомогою подачі газу каналом ГПЕ покращується теплопередача від електричної дуги до металевої ванни. В той час як збільшення товщини шлакового покрову зменшує теплові втрати в атмосферу печі. Проведені дослідження дозволили отримати важливі дані стосовно теплової роботи установки «ківш-піч» в піделектродній зоні, які в подальшому можуть бути використані для вдосконалення виробничих процесів.
UKR: У статті виконано аналіз ефективності передачі теплоти від електродугового розряду, сформованого в піделектродній зоні, до металевої ванни за різних умов роботи установки «ківш-піч» (УКП). Розроблено методику чисельного моделювання, проаналізовано отримані дані, визначено ефективність передачі теплоти з подачею нейтрального газу через графітований порожнистий електрод (ГПЕ). Метою цієї роботи є чисельне моделювання впливу зміни геометричних параметрів лунки металу, яка сформована за рахунок вдування газу каналом графітованого порожнистого електрода на ефективність передачі теплоти від електричної дуги до металевої ванни при різній висоті шлакового покрову на установці «ківш-піч». Методи дослідження. Чисельне моделювання нагріву металевої ванни на розробленій 3D моделі сталерозливного ковша з рідким металом і зоною лунки, утвореної під дією електричної дуги, та газу, який подається каналом графітованого порожнистого електрода. Нагрівання проводилося за різних геометричних параметрів лунки та різної висоти шлакового покрову. Виконано аналіз отриманих даних, який вказав на перевагу використання графітованого порожнистого електрода з подачею газу його каналом перед звичайним електродом. Отримані результати. Визначено частку теплоти, яку поглинули шлак і метал за умов використання звичайного електрода, та порожнистого з подачею газу його каналом. Визначено вплив параметрів реакційної зони, що формується під ГПЕ на передачу теплоти від електричної дуги до металевої ванни, максимальні значення приросту температури металу склали 0,6 ºC/хв. Наукова новизна. Отримані нові дані щодо впливу подачі нейтрального газу через ГПЕ на кількість теплоти, що передається металу конвекцією, визначені показники густини теплового потоку від електричної дуги до лунки металу в піделектродній зоні. Практична цінність. Визначено, що за рахунок збільшення площі металевої лунки за допомогою подачі газу каналом ГПЕ покращується теплопередача від електричної дуги до металевої ванни. В той час як збільшення товщини шлакового покрову зменшує теплові втрати в атмосферу печі. Проведені дослідження дозволили отримати важливі дані стосовно теплової роботи установки «ківш-піч» в піделектродній зоні, які в подальшому можуть бути використані для вдосконалення виробничих процесів.
Description
V. Ruban: ORCID 0000-0002-6617-296X; O. Stoianov: ORCID 0000-0002-7136-7403
Keywords
ladle-furnace, graphitized hollow electrode, numerical modeling, 3D model, geometric parameters of the cavity, heat transfer, heat flux density, установка «ківш-піч», графітований порожнистий електрод, чисельне моделювання, 3D-модель, геометричні параметри лунки, теплопередача, густина теплового потоку, КМЧС
Citation
Ruban V. O., Stoianov O. M. The Investigation of the Thermal Performance of the Graphitized Hollow Electrode in the "Ladle-Furnace" with the Supply of Neutral Gas. Metal and Casting of Ukraine. 2023. Vol. 31, Iss. 2. P. 18–26. DOI: https://doi.org/10.15407/steelcast2023.02.018.