Procesy rafinacji pozapiecowej odgrywaj¹ niezwykle wa¿n¹ rolê w procesie kszta³towania jakoci stali. W pracy przedstawiono koncepcjê modelu matematycznego o strukturze hybrydowej, pozwalaj¹cego na przeprowadzenie numerycznej symulacji procesów rafinacji stali argonem wprowadzanym do kadzi za pomoc¹ lancy oraz pro-cesu rafinacji w piecu kadziowym. W strukturze modelu po³¹czono model mieszania metalu w objêtoci kadzi z modelem termodynamicznym, obliczaj¹cym lokaln¹ równo-wagê pomiêdzy warstw¹ metalu bezporednio kontaktuj¹c¹ siê z faz¹ ¿u¿low¹. Roz-patrywane metody poprawy jakoci stali ró¿ni¹ siê sposobem wprowadzania gazu wywo³uj¹cego mieszanie k¹pieli metalowej w kadzi. Celem pracy by³o opracowanie uniwersalnego narzêdzia uwzglêdniaj¹cego g³ówne zjawiska decyduj¹ce o przebiegu procesu rafinacji, za którego pomoc¹ mo¿liwa by³aby symulacja obu rozpatrywanych metod rafinacji stali. Na bazie opracowanego modelu hybrydowego stworzono aplika-cjê ARGON umo¿liwiaj¹c¹ wykonanie symulacji rozpatrywanych procesów rafinacji stali. Dok³adnoæ prognozy modelu w zakresie sk³adu chemicznego k¹pieli metalowej jest zadawalaj¹ca, co porednio wiadczy o poprawnoci sformu³owanego w pracy modelu hybrydowego. Uniwersalnoæ stworzonej aplikacji umo¿liwia jej zastosowanie do symulacji rozwa¿anych procesów rafinacji w ró¿nych zak³adach, czego dowiod³a uwzglêdniona w pracy weryfikacja. Analiza wyników przeprowadzonych symulacji oraz obliczenia wykonywane za pomoc¹ programu Argon pozwoli³y na sformu³owanie nastêpuj¹cych wniosków:
opracowany model hybrydowy poprawnie opisuje uk³ad rzeczywisty w zakresie rafinacji stali argonem oraz procesu rafinacji w piecu kadziowym;
czas potrzebny na realizacjê obliczeñ jest krótszy ni¿ redni czas procesów rafina-cji stali, co umo¿liwia przeprowadzenie symularafina-cji on-line;
dok³adnoæ modelu w zakresie prognozy sk³adu chemicznego metalu jest zgodna z analizami chemicznymi, uzyskanymi w procesach rzeczywistych;
dok³adnoæ prognozy sk³adu chemicznego ¿u¿la w zakresie jego podstawowych sk³adników jest wystarczaj¹ca dla zastosowañ w przemyle;
opracowany program mo¿e pos³u¿yæ jako narzêdzie programistyczne, pozwalaj¹ce na planowanie technologii rafinacji stali, o czym wiadcz¹ zamieszczone w pracy wyniki wirtualnych eksperymentów.
Za³¹cznik 1
G³ówne okno aplikacji Argon. Zak³adka Metal/Slag
Struktura widoku okna g³ównego po prze³¹czeniu na zak³adkê Metal (rys. Z1) z³o¿ona jest z wykresu przedstawiaj¹cego przebieg zmian wybranego przez u¿ytkowni-ka sk³adniu¿ytkowni-ka oraz tabeli zawieraj¹cej obliczany w kolejnych minutach symulacji sk³ad chemiczny. W tabeli znajduje siê równie¿ koñcowy sk³ad chemiczny zarejestrowany dla wytopu, którego dotyczy symulacja. Widok okna po prze³¹czeniu na zak³adkê Slag jest identyczny z przedstawionym powy¿ej opisem, dotyczy jednak fazy ¿u¿la. Zielony pasek na dole okna pokazuje postêp symulacji.
Rys. Z1. Widok zak³adki Metal w g³ównym oknie aplikacji Argon
G³ówne okno aplikacji Argon. Zak³adka Config
W oknie g³ównym programu, po wybraniu zak³adki Config (rys. Z2), u¿ytkownik mo¿e okreliæ, który ze sk³adników ma byæ wywietlany na wykresie widocznym w zak³adce Metal lub Slag. Na wykresach prezentowany jest uredniony sk³ad che-miczny z trzech reaktorów elementarnych. Po zaznaczeniu opcji stê¿enia w reaktorach na wykresie nanoszone bêd¹ dane dla wybranego sk³adnika k¹pieli metalowej, odczy-tane z poszczególnych reaktorów. W zak³adce Config umieszczono równie¿ przyciski, których dzia³anie odpowiada opisowi Menu/Widok, przedstawionym w rozdziale 7.
Rys. Z2. Widok zak³adki Config w g³ównym oknie aplikacji Argon
Okno wprowadzania dodatków
Interfejs umo¿liwiaj¹cy zaplanowanie dodatków wprowadzanych podczas symu-lacji wywo³ywany jest automatycznie, po zdefiniowaniu podstawowych parametrów modelu hybrydowego. Okno programu, s³u¿¹ce do planowania dodatków wprowadza-nych podczas symulacji, przedstawiono na rysunku Z3.
Rys. Z3. Okno programu s³u¿¹ce do planowania dodatków wprowadzanych podczas symulacji U¿ytkownik za pomoc¹ rozwijalnej listy wybiera dodatek, który bêdzie wprowa-dzany do uk³adu, podaj¹c jego masê, pocz¹tek dozowania (liczony w minutach od mo-mentu rozpoczêcia symulacji) oraz czas dozowania dodatku. Wprowadzone przez u¿ytkownika dane przechowywane s¹ w pamiêci komputera w postaci tablic, któ-re przed rozpoczêciem kolejnego kroku obliczeniowego sprawdzane s¹ pod k¹tem nie-zerowej wartoci masy sk³adników wprowadzanych przez dany dodatek. Je¿eli masa dodatku w kolejnym kroku obliczeniowym jest wiêksza od zera, program wprowadza
masê danego dodatku w kolejnych iteracjach symulacji, proporcjonaln¹ do czasu dozo-wania dodatku. Algorytm wprowadzania dodatków zamieszczono na rysunku Z4.
Rys. Z4. Algorytm wprowadzania dodatków
Rys. Z4. cd.
Za³¹cznik 2
Przyk³ad 1
Dane:
mKM = 141,4 Mg; masa metalu w kadzi,
mAL = 254 kg; masa aluminium dodana podczas spustu,
XAl2O3 = 33,19%; zawartoæ tlenku glinu w ¿u¿lu kadziowym (przed rafi-nacj¹),
YAl = 0,064%; zawartoæ aluminium ca³kowitego w metalu (przed rafi-nacj¹),
mdod = 80 kg; masa materia³ów dodawanych do kadzi podczas spustu wnosz¹cych tlenek glinu.
Masy atomowe:
Mo = 15,99; masa atomowa tlenu, MAl = 26,98; masa atomowa glinu.
Szukane:
m¿ = ?; masa ¿u¿la.
Podczas spustu z pieca do uk³adu wprowadzono 254 kg aluminium, które reaguj¹c z tlenem, w wiêkszoci przesz³o do fazy ¿u¿lowej. Czêæ jednak pozosta³a w k¹pieli metalowej. Pozosta³¹ w metalu masê glinu mo¿na obliczyæ na podstawie analizy meta-lu, wykonanej przed rozpoczêciem rafinacji. Z analizy wynika, ¿e w metalu znajduje siê YAl = 0,064% aluminium ca³kowitego (czyli glinu rozpuszczonego w metalu oraz glinu zwi¹zanego w postaci wtr¹ceñ tlenku glinu). Zak³adaj¹c, ¿e analiza chemiczna glinu ca³kowitego okrela masê aluminium, które nie przesz³o do ¿u¿la kadziowego, oraz znaj¹c masê metalu w kadzi, mo¿emy obliczyæ masê glinu ca³kowitego znajduj¹c¹ siê w ciek³ym metalu. Wynosi ona:
m(Al) = mKM · YAl= 141400 · 0,064% = 90,5 kg
Ró¿nica pomiêdzy mas¹ aluminium wprowadzonego podczas spustu (254 kg) a mas¹ aluminium ca³kowitego, pozosta³¹ w metalu (90,5 kg), daje masê aluminium, które w wyniku reakcji z tlenem w postaci tlenku glinu przesz³o do ¿u¿la kadziowego.
Ró¿nica ta wynosi:
ΔAl = 254 kg 90,5 kg = 163,504 kg
Otrzymano zatem masê aluminium, które zosta³o zwi¹zane z tlenem w postaci tlenku glinuw wyniku reakcji:
2(Al) + 3[O] = (Al2O3)
Nastêpnie na podstawie masy aluminium, które zosta³o utlenione zgodnie z reak-cj¹ 1, nale¿y obliczyæ masê tlenku glinu:
2 3
ΔAl masa glinu, która zosta³a utleniona do tlenku glinu;163,504 kg, MAl2O3 masa atomowa tlenku glinu; MAl2O3 = 2·MAl + 3·MO = 101,93.
Do obliczonej masy tlenku glinu nale¿y jeszcze dodaæ masê tlenku glinu wnoszo-n¹ do uk³adu przez inne dodatki wprowadzane podczas spustu, na przyk³ad zasypkê SW2, zawieraj¹c¹ 32,6% tlenku glinu.
Je¿eli podczas spustu wprowadzono mdod = 80 kg zasypki SW2, wprowadza ona do uk³adu 26,08 kg tlenku glinu.
Sumuj¹c masê tlenku glinu, otrzymujemy ca³kowit¹ masê znajduj¹c¹ siê w ¿u¿lu kadziowym. Wynosi ona 334,93 kg.
W ¿u¿lu kadziowym, po spucie z pieca, zanalizowano zawartoæ tlenku glinu, która wynosi³a XAl2O3 = 33,19%.
Zak³adaj¹c, ¿e obliczona masa tlenku glinu równa 334,93 kg, stanowi dok³adnie 33,19% ca³kowitej masy ¿u¿la, mo¿na obliczyæ ca³kowit¹ masê ¿u¿la znajduj¹c¹ siê w kadzi przed rafinacj¹. Wynosi ona m¿ = 1009,15 kg.
Za³¹cznik 3
Tabela Z1 Pocz¹tkowy sk³ad chemiczny metalu i dodatki wprowadzane w czasie procesu argonowania Sk³ad chemiczny Aluminium¯elazomanganZ³om Elektroda T1 Masa C Mn Si P S Alca³. Almet. Al2O3 O mdtdtwmdtdtwmdtdtwmdtdtw
Num
er [
oC] [Mg][%] [ppm] [kg] [min] [s] [kg] [min] [s] [kg] [min] [s] [kg] [min] [s] 1 1629147 0,07 0,680,020,010,006 0,041 0,03220,01675,3 559,3 33111 2,9 24– – –– – – 2 1629147 0,07 0,690,030,009 0,005 0,046 0,03610,01874,3 – – – 113 3,4 22– – –– – – 3 1625 145,1 0,07 0,760,020,014 0,013 0,042 0,033 0,01715,2 47 7,7 50416,9 14– – – 15 6,9 5 4 1617 144,3 0,07 0,780,030,009 0,009 0,048 0,03770,01954,3 227,9 24– – – – – –– – – 5 1633 141,4 0,06 0,770,020,009 0,014 0,064 0,057 0,01324,9 9 10,511327,8 19204 9,9 20– – – 6 1640 141,4 0,06 0,720,020,010 0,010 0,037 0,029 0,01518,5 63 6,5 34247 5,1 56326 8,7 25– – –
S235
G 7 1627 144,5 0,07 0,780,020,010 0,009 0,048 0,03770,01954,5 607,9 323512,817– – –158,4 5 8 1648147 0,04 0,220,020,007 0,004 0,046 0,03610,01876,8 109 7,4 90515,1 22386 15,769– – – 1641147 0,04 0,230,020,007 0,005 0,059 0,04630,02405,8 388,6 37– – – 192 11,228– – –9 1634 144,6 0,04 0,250,020,006 0,004 0,053 0,04160,02165,9 313,3 18– – – 202 10,433– – –10 1610147 0,05 0,220,020,009 0,006 0,045 0,03530,01834,2 521,2 31– – – 300 5,7 19– – –11
UG 121636146 0,03 0,230,020,008 0,008 0,041 0,03220,01676,1 328 17366,1 17284 1133– – – 131645 133,6 0,05 0,310,020,008 0,010 0,030 0,02350,012210,6978,5 72538,3 37– – –– – – 141637 136,9 0,04 0,260,020,007 0,007 0,013 0,01020,005332,9855 88– – – – – –155,1 5 DD11-S 151638 142,8 0,04 0,270,020,007 0,005 0,044 0,03450,01797,1 555,9 55102 5,1 53– – –– – – 161628 146,6 0,03 0,250,020,008 0,008 0,027 0,020 0,01327,1 525,8 27– – – – – –– – –
06JA -B 171621 143,5 0,02 0,240,020,009 0,007 0,018 0,013 0,00947,7 988,8 50– – – – – –– – – Objanienia: T temperatura pocz¹tkowa procesu, m masa dodatku, t minuta procesu, w której rozpoczêto wprowadzanie dodatku, t czas wprowa-1 d d w dzania dodatku
[%]
Numer wytopu
Objanienia: T2 temperatura koñcowa procesu; tD1, tD2 czasy argonowania, [min, s]; Q1, Q2 rednie natê¿enie strumienia argonu, [m3 /min]; V1, V2 objêtoæ wprowadzonego gazu, [m3 ]
Tabela Z2 Koñcowy sk³ad chemiczny metalu i parametry procesu argonowania Sk³ad chemiczny Parametry argonowania T2ÄT C Mn SiPS Alca³. Almet. Al2O3Oetap Ietap IIsuma [o C] [ppm] tD1Q1 V1 tD2Q2 V2 tQV 1 1578510,070,76 0,020,010,009 0,064 0,060,008 2,3 2,46 0,23 0,647,560,342,7010,42 0,313,30 2 1583460,070,75 0,020,010,009 0,055 0,051 0,007 2,2 3,11 0,52 1,664,260,351,547,370,423,20 3 1590350,070,75 0,020,014 0,013 0,046 0,043 0,006 3,0 4,27 0,26 1,136,060,271,6310,33 0,262,76 4 1578390,07 0,8 0,030,010 0,010 0,060 0,056 0,008 2,0 6,400,221,434,340,200,9311,14 0,212,36 5 1588450,070,75 0,020,010 0,015 0,057 0,053 0,008 2,6 3,55 0,22 0,858,240,221,8212,19 0,222,66 6 1583570,070,82 0,020,013 0,011 0,050 0,047 0,007 2,9 5,03 0,21 1,055,210,231,2010,24 0,222,27
S235 G
7 1575520,070,81 0,020,011 0,008 0,077 0,072 0,010 2,2 5,06 0,23 1,179,440,282,7014,50 0,263,88 8 1596520,040,23 0,020,008 0,006 0,085 0,079 0,011 3,2 4,43 0,32 1,4914,44 0,223,2319,27 0,244,72 9 1591500,050,23 0,020,008 0,008 0,056 0,052 0,007 3,2 4,36 0,30 1,408,240,292,4713,00 0,303,87 101582520,040,25 0,020,006 0,007 0,051 0,047 0,007 3,1 3,17 0,29 0,958,520,312,7012,09 0,303,65 111586240,040,24 0,020,009 0,009 0,059 0,055 0,008 2,2 2,43 0,34 0,935,280,100,558,110,181,48 UG
121603330,040,24 0,020,009 0,008 0,054 0,050 0,007 3,4 5,21 0,21 1,137,460,201,5813,07 0,212,71 131608370,040,290,020,010 0,010 0,072 0,067 0,009 5,5 4,390,432 7,300,261,9712,09 0,333,97 141587500,040,29 0,020,008 0,008 0,042 0,039 0,006 3,4 5,05 0,22 1,125,000,311,5710,05 0,272,68 DD11-S
151589490,050,30 0,020,008 0,007 0,056 0,052 0,007 4,3 4,47 0,22 1,073,260,311,068,130,262,13 161582460,030,24 0,020,009 0,008 0,055 0,052 0,006 2,7 5,12 0,21 1,074,390,200,949,510,202,01 06JA -B
171584370,020,22 0,020,009 0,008 0,048 0,044 0,008 2,5 7,33 0,20 1,533,150,200,6610,48 0,202,19
Numer wytopu
[%]
Tabela Z3 Sk³ad chemiczny fazy ¿u¿lowej zarejestrowany przed procesem argonowania i po jego zakoñczeniu Sk³ad chemiczny przed rafinacj¹Sk³ad chemiczny po zakoñczeniu rafinacji Masa MgO Al2O3 SiO2CaO MnOS FeO Fe2O3 MgOAl2O3 SiO2 CaOMnOS FeOFe2O3 [Mg] B B 1 1,2 4,3540,73 7,9429,23 10,74 0,032,92 1,033,674,31 38,75 9,5733,51 8,120,041,46 1,313,50 2 1,695,3528,75 10,38 29,04 11,68 0,057,83 3,502,784,8626,31 8,6747,21 6,800,092,480,595,45 3 2,774,0618,91 9,2549,75 4,590,137,17 2,555,374,3817,10 11,06 49,44 7,690,154,581,974,47 4 1,243,6740,78 7,4435,60 6,750,062,00 0,714,783,7137,95 6,4341,40 5,310,071,530,666,44 5 1,015,2833,19 10,56 28,47 12,13 0,055,23 1,862,694,8628,23 9,3041,19 9,570,082,611,124,42 6 2,264,2617,84 12,36 43,17 7,170,078,27 2,933,484,7118,95 12,34 42,79 9,780,075,382,313,46
S235 G
7 1,234,3929,03 9,2143,48 5,860,073,44 1,224,714,4630,57 7,9947,45 4,500,101,410,615,94 8 1,814,5427,60 9,4338,90 6,320,067,13 2,514,355,5927,02 7,7338,52 7,460,037,642,674,98 9 1,684,5427,60 9,4338,90 6,320,067,13 2,514,354,7228,50 9,2742,58 6,080,063,941,624,79 102,644,4917,77 9,8844,74 3,770,0611,81 3,674,524,5819,47 9,4847,49 4,670,058,202,395,01 1126,21 3,491,57 13,14 45,02 2,890,0716,94 12,57 3,424,36 32,50 6,4146,80 3,280,072,191,417,30 UG
122,114,9318,43 11,78 44,32 4,470,068,96 3,183,755,4422,01 10,52 49,07 4,370,063,671,584,66 132,384,2919,15 10,54 40,54 4,130,0612,85 4,563,834,9025,73 11,01 39,64 7,670,045,402,32 3,59 141,224,5444,92 5,9934,09 3,870,042,64 0,945,704,9848,30 6,2532,56 2,950,041,430,615,22 DD11-S
152,314,3620,33 12,71 41,98 3,570,059,75 3,463,305,4822,30 12,88 41,97 5,990,045,502,373,25 161,535,6735,79 5,0638,21 5,090,055,08 1,867,545,8837,94 7,6935,53 4,950,033,531,434,63 06JA -B
172,713,9320,79 8,9042,39 4,670,0411,84 3,624,753,8621,44 9,3842,72 5,490,039,733,594,55 Objanienia: B zasadowoæ ¿u¿la, []
[%]
Numer wytopu
[%]
Za³¹cznik 4
Tabela Z4 Pocz¹tkowy sk³ad chemiczny metalu i sumaryczna masa dodatków wprowadzanych w czasie procesu rafinacji w piecu kadziowym Objanienia: T1 temperatura pocz¹tkowa procesu, md sumaryczna masa dodatku wprowadzona w czasie procesu, * 501 kg FeMnHC
Sk³ad chemiczny metalu przed rafinacj¹ Masa dodatków md T1 Masa C Mn Si PS Alca³. Almet. Al2O3 O FeSi FeMnSiCaSi KarburytAl [oC] [Mg] [ppm] [kg] 1 1556139 0,15 0,69 0,180,025 0,064 0,003 0,002 0,001934,0803022,23050 2 1574136,6 0,14 0,66 0,130,020 0,066 0,003 0,002 0,001941,9140 5022,1– 20 3 1577138,9 0,15 0,66 0,140,018 0,073 0,003 0,002 0,001944,0150 – 22,13035 4 1587134,1 0,13 0,52 0,090,017 0,080 0,002 0,002 – 62,3160 – – 30110 5 1594138,9 0,12 0,54 0,120,017 0,073 0,004 0,002 0,003853,38030– 4065 6 1561136,6 0,13 0,54 0,140,020 0,076 0,004 0,003 0,001937,5– 8022,13060
BST -50 0S
7 1567141,6 0,15 0,69 0,220,022 0,045 0,005 0,003 0,003827,4– – 22,135– 8 1523140,4 0,05 0,38 0,12 0,016 0,049 0,003 0,002 0,001911,2– 7322,1– 20 9 1611130,1 0,03 0,34 0,080,017 0,059 0,003 0,002 0,001977,5132 – 22,1– 10 101599141,4 0,04 0,36 0,090,018 0,053 0,004 0,003 0,001959,7101 2019,85040 111594140,3 0,04 0,36 0,110,0160,052 0,005 0,003 0,003860,6123 41181012 121585137,3 0,04 0,35 0,110,019 0,056 0,003 0,002 0,001955,122,988,3181030 131540138,2 0,04 0,31 0,090,010 0,051 0,003 0,002 0,001942,675133 18– 30 S-23
5-JR 141567141,8 0,04 0,36 0,100,017 0,055 0,002 0,001 0,001955,3– 160* 7 – 30
[%]
Numer wytopu
Tabela Z5 Sk³ad chemiczny metalu po zakoñczeniu procesu rafinacji w piecu kadziowym Objanienia: T2 temperatura koñcowa procesu, t czas procesu, Q rednie natê¿enie strumienia argonu, [L/min]
Sk³ad chemiczny metalu po zakoñczeniu rafinacji T2ÄT C Mn Si PS Alca³. Almet. Al2O3 O Czas procesu t Natê¿enie gazu Q [oC] [ppm] [min] [L/min] 1 1593 370,210,750,210,025 0,035 0,004 0,003 0,001917,637,0271 2 1597 230,200,760,210,020 0,030 0,005 0,004 0,001916,539,8333 3 1585 80,180,750,190,018 0,034 0,005 0,004 0,00198,4 40,0299 4 1601 140,170,640,140,019 0,026 0,005 0,004 0,00198,6 37,0613 5 1602 80,170,650,160,018 0,031 0,005 0,004 0,00198,2 25,0584 6 1605 440,180,660,160,021 0,043 0,005 0,004 0,001919,428,0295
BST-50 0S
7 1592 250,200,750,220,022 0,015 0,005 0,004 0,00191742,45 360 8 1590 670,060,410,120,016 0,030 0,003 0,002 0,001918,743,0423 9 1595 –160,060,410,120,017 0,018 0,004 0,003 0,0019– 33,22 461 101596 –30,06 0,4 0,110,018 0,014 0,005 0,004 0,001925,734,5395 111600 6,4 0,060,410,130,016 0,014 0,005 0,004 0,0019– 42,62 627 121599 140,060,410,120,019 0,018 0,004 0,003 0,00191240,25 456 131597 56,50,060,410,120,010 0,018 0,004 0,003 0,001921,840,7419 S-2 35-JR
141594 270,090,780,110,018 0,025 0,004 0,003 0,001920,453,7411
[%]
Numer wytopu
Tabela Z6 Sk³ad chemiczny ¿u¿la zarejestrowany przed rozpoczêciem procesu rafinacji i po jego zakoñczeniu w piecu kadziowym oraz dodatki wprowadzane w czasie procesu Objanienia: md sumaryczna masa dodatku wprowadzona w czasie procesu
Sk³ad chemiczny ¿u¿la przed rafinacj¹ Masa dodatków mdSk³ad chemiczny ¿u¿la po rafinacji Masa MgO Al2O3 SiO2 CaOMnO S FeOFe2O3 CaC2 CaF2 CaOboksytMgOAl2O3 SiO2 CaO MnOS FeO [Mg][kg] 1 1,5 7,5011,25 23,44 44,50 4,30 0,479 5,000,724050200 – 7,4613,60 23,56 50,61 0,362,110,55 2 1,6 6,3814,26 25,48 44,13 5,05 0,32 1,62– 3030300 – 6,0213,52 22,85 49,51 0,831,960,59 3 1,6 8,2410,83 25,22 42,25 6,48 0,330 3,70– 3040800 – 6,3911,68 24,47 53,77 0,401,760,77 4 1,3 5,7012,00 19,75 43,89 7,12 0,40 7,200,5045– 800 – 7,5814,33 21,18 49,45 1,442,380,62 5 1,3 10,01 13,14 21,08 42,05 6,04 0,44 4,001,1630– 300 – 10,60 16,12 21,73 47,16 0,642,130,71 6 1,4 8,5615,30 20,00 44,92 4,54 0,50 4,20– 1040– – 8,4217,66 18,86 48,80 0,942,001,54
BST-50 0S
7 1,6 7,8415,64 19,33 52,58 1,56 1,01 1,48– 3050100 – 5,8812,58 19,30 55,43 1,652,510,65 8 1,6 3,8716,79 13,31 62,47 0,57 0,60 1,14– 30– 400 403,7015,39 15,41 60,51 0,441,511,36 9 1,4 5,3215,61 18,26 50,82 3,39 0,29 3,021,012030300 306,2316,83 18,45 53,74 0,771,541,00 101,7 4,5715,46 16,65 57,60 1,41 0,09 2,31– 3060200 305,0315,73 16,83 56,74 0,301,640,67 111,2 5,9417,62 15,78 52,04 1,77 0,787 3,59– 50– 500 – 5,5216,17 16,07 56,72 0,252,230,55 121,6 6,1819,53 17,92 48,29 2,68 0,46 2,100,796040700 – 6,8519,30 17,40 51,92 0,341,670,95 131,6 5,8816,48 17,63 46,40 4,80 0,247 3,721,1850– 500 – 5,8314,97 17,44 56,96 0,461,540,81 S-235-JR
141,5 7,2018,36 17,56 50,73 1,67 0,539 1,460,1060– 600 – 7,4218,68 17,26 53,11 0,351,430,60
[%]
Numer wytopu
[%]
Literatura
[1] Duda³a R.: Ronie popyt na wyroby ArcelorMittal Poland, artyku³ z dnia 13.03.2008, Wirtualny Nowy Przemys³, www.wnp.pl.
[2] Zhang L., Thomas B.: State of the Art in Evaluation and Control of Steel Cleanli-ness, ISIJ International, vol. 43, no. 3, 2003, s. 271291.
[3] Fandrich R., Lüngen H., Wuppermann C.: Secondary Metallurgy State of the Art and Research Trends in Germany, Stahl und Eisen, vol. 128, no. 2, 2008, s. 4553.
[4] Dziarmagowski M., Kargul T., Skalski M.: Rozwój zintegrowanego procesu pro-dukcji blach tamowych, IV Miêdzynarodowa Konferencja Ci¹g³e Odlewanie Stali, 1113 czerwca, 2008, materia³y konferencyjne, s. 1519.
[5] Zhou D., Fu J., Kang Y., Wang Z.: Metallurgical qualitiy of CSP thin slabs, Journal of University of Science and Technology Beijing, vol. 11, no. 4, 2004, s. 106109.
[6] Falkus J., Dro¿d¿ P., Kargul T., Maracha G.: New concept of modeling the me-tal bath slag reactions during the argon stirring in the ladle, International Congress on the Sciene and Technology of Steelmaking, 68 October 2008, Gifu, Japonia.
[7] Andersson M., Jonsson L., Jönsson P.: A Thermodynamic and Kinetic Model of Reoxidation and Desulphurisation in the Ladle Furnace, ISIJ International, vol. 40, no. 11, 2000, s. 10801088.
[8] Zhang L.: State of the art in the control of inclusions in tire cord steels a review, Steel Research International, vol. 77, no. 3, 2006, s. 158167.
[9] Thunman M., Eckert S., Hennig O., Björkvall J., Sichen D.: Study on the Forma-tion of Open-Eye and Slag Entrainment in Gas Stirred Ladle, Steel Research In-ternational, vol. 78, no. 12, 2007, s. 848856.
[10] Zhu M., Zheng S., Huang Z., Gu W.: Numerical Simulation of Nonmetallic Inclu-sions Behaviour in Gas-Stirred Ladles, Steel Research International, vol. 76, no. 10, 2005, s. 718722.
[11] Söder M., Jönsson P., Jonsson L.: Inclusion Growth and Removal in Gas-Stirred Ladles, Steel Research International, vol. 75, no. 2, 2004, s. 128138.
[12] Strandh J., Nakajima K., Eriksson R., Jönsson P.: A Mathematical Model to Study Liquid Inclusion Behavior at the SteelSlag Interface, ISIJ International, vol. 45, no. 12, 2005, s. 18381847.
[13] Dziarmagowski M.: Proces redukcji ¿u¿la konwertorowego w elektrycznym pie-cu ³ukowym, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Rozprawy Monografie, 2007.
[14] Jönsson P., Jonsson L., Sichen D.: Viscosities of LF Slags and Their Impact on Ladle Refining, ISIJ International, vol. 37, no. 5, 1997, s. 484491.
[15] Dro¿d¿ P., Falkus J.: Badanie rozpuszczalnoci azotu w ciek³ym roztworze ¿elaza w oparciu o analizê stanów równowagi w uk³adach wielofazowych, Hutnik Wiadomoci hutnicze, vol. 73, nr 11, 2006, s. 490494.
[16] Bannenberg N., Bergmann B., Gaye H.: Combined decrease of sulfur, nitrogen, hydrogen, and total oxygen in only one secondary steelmaking operation, Steel Research, vol. 63, no. 10, 1992, s. 431437.
[17] Dro¿d¿ P.: Sterowanie procesami pozapiecowej rafinacji stali w oparciu o ana-lizê stanów równowagi w uk³adach wielofazowych, rozprawa doktorska, AGH, Kraków 2005.
[18] Jowsa J. Garncarek S., Cwudziñski A., Woliñski P.: Efektywne sposoby optymali-zacji funkcjonowania kadzi porednich, IV Miêdzynarodowa Konferencja Ci¹g³e Odlewanie Stali, 1113 czerwca, 2008, materia³y konferencyjne, s. 6979.
[19] Merder T., Bogus³awski A., Jowsa J.: The analysis of the conditions of the steel flow in the tundish performed by a numerical metod, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 50, no. 4, 2005, s. 933953.
[20] Kargul T.: Matematyczny i numeryczny model mieszania k¹pieli metalowej w ka-dzi poredniej urz¹dzenia COS, praca dyplomowa, AGH, Kraków 2005.
[21] Janiszewski K., Pieprzyca J.: Filtracja stali w kadzi poredniej urz¹dzenia COS badania modelowe, IV Miêdzynarodowa Konferencja Ci¹g³e Odlewanie Stali, 1113 czerwca, 2008, materia³y konferencyjne, s. 5560.
[22] Janiszewski K., Kudliñski Z.: The Influence of Non-Metallic Inclusions Physical State on Effectiveness of the Steel Filtration Process, Steel Research, vol. 77, no. 3, 2006, s. 169176.
[23] Dro¿d¿ P., Falkus J.: The Modeling of Vacuum Steel Refining in the RH Degas-sing Unit Based on Thermodynamic Analysis of the System, Archives of Metal-lurgy and Materials, vol. 55, no. 4, 2007, s. 585591.
[24] Falkus J., Dro¿d¿ P., Kargul T.: Modelowanie procesu argonowania w kadzi w oparciu o analizê stanu równowagi na granicy metal¿u¿el i teoriê reaktorów elementarnych, IV Miêdzynarodowa Konferencja Ci¹g³e Odlewanie Stali, 1113 czerwca, 2008, materia³y konferencyjne, s. 2127.
[25] Smirnov A., Eronko S., Kovalenko I., Giessen R.: Optimization Argon-injection Process Parameters for Ladle Treatment Steel, 5th European Oxygen Steelmaking Conference EOSC, 2628 June 2006, Aachen, Proceedings, s. 272284.
[26] Marx K., Rödl S., Lachmund H., Xie Y.: Advanced Strategies for Alloying Pro-cesses in Steelmaking Ladles, 5th European Oxygen Steelmaking Conference EOSC, 2628 June 2006, Aachen, Proceedings, s. 312 319.
[27] Jönsson P.G., Jonsson L.: The Use of Fundamental Process Models in Studying Ladle Refining Operations, ISIJ International, vol. 41, no. 11, 2001, s. 1289
1302.
[28] Wei J., Zhu D.: Mathematical modeling of the argon-oxygen decarburization refi-ning process of stainless steel: Part I. Mathematical model of the process, Metal-lurgical and Materials Transactions B, vol. 33, no. 1, 2002, s. 111119.
[29 ] Wei J., Zhu D.: Mathematical modeling of the argon-oxygen decarburization refining process of stainless steel: part II. Application of the model to industrial practice, Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 33, no. 1, 2002, s. 121127.
[30] Jonsson L., Jönsson P.: Modeling of Fluid Flow Conditions around the Slag/Metal Interface in a Gas Stired Ladle, ISIJ International, vol. 36, no. 9, 1996, s. 1127
1134.
[31] Pan Y., Björkman B.: Physical and Mathematical Modelling of Thermal Stratifi-cation Phenomena in Steel Ladles, ISIJ International, vol. 42, no. 6, 2002, s. 11271134.
[32] Jonsson L., Sichen D., Jönsson P.: A New Approach to Model Sulfur Refining in Gas-stirred Ladle a Coupled CFD and Thermodynamic Model, ISIJ Internatio-nal, vol. 38, no. 3, 1998, s. 260267.
[33] Mukhopadhyay A., Grald E.W., Dhanasekharan K., Sarkar S., Sanyal J.: Detailed modeling of gas flow in liquid steel: bubble size distribution and voidage calcula-tion, Steel Research International, vol. 76, no. 1, 2005, s. 2232.
[34] Warzecha M.: Mieszanie gazem i homogenizacja chemiczna stali w piecu kadzio-wym, rozprowa doktorska, Politechnika Czêstochowska, Czêstochowa 2005.
[35] Harloff A., Pütz O., Rödl S., Striedinger R., Sucker D.: Improvement of Melt Mixing and Cleanness in Ladle, Tundish and Mould by Application of Advan-ced Simulation Techniques, Steel Research International, vol. 76, no. 1, 2005, s. 1321.
[36] Conejo A., Lara F., Macias-Hernandez M., Morales R.: Kinetic Model of Steel Refining in Ladle Furnace, Steel Research International, vol. 78, no. 2, 2007, s. 141150.
[37] Odenthal H., Pfeifer H.: Simulation of transport phenomena in metallurgy, Steel Research International, vol. 76, no. 1, 2005, s. 34.
[38] Levenspiel O.: Chemical Reaction Engineering, New York London Sydney Toronto, Jonh Wiley & Son Inc. 1972.
[39] Krishnakumnarb K., Ballal N.: Water Model Experiments on Mixing Phenomena in a VOD Ladle, ISIJ International, vol. 39, no. 5, 1999, s. 419425.
[40] Kargul T., Falkus J.: A hybrid model of steel refining in the ladle furnace, Steel Research International, vol. 81, no. 11, 2010, s. 953958.
[41] Bale C., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S., Eriksson G., Hack K., Jung I., Kang Y., Melançon J., Pelton A., Robelin C., Petersen S.: FactSage thermochemical software and databases recent developments, Calphad, vol. 33, no. 2, 2009, s. 295311.
[42] http://www.gtt-technologies.de, strona internetowa firmy GTT Technologies dystrybutora pakietu FactSage, SimuSage, ods³ona z dnia 10 stycznia 2009.
[43] Jung I., Decterov S., Pelton A.: Computer Applications of Thermodynamic Databases to Inclusion Engineering, ISIJ International, vol. 44, no. 3, 2004, s. 527536.
[44] Heikkinen E., Fabritius T., Kokkonen T., Härkki J.: An Experimental and Compu-tational Study on the Melting Behaviour of AOD and Chromium Converter Slags, Steel Research International, vol. 75, no. 12, 2004, s. 800806.
[45] Lekakh S., Robertson C., Rawlins H., Richards L., Peaslee D.: Investigation of Two-Stage Aqueous Reactor Design for Carbon Dioxide Sequestration Using Steelmaking Slag, Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 39, no. 3, 2008, s. 484492.
[46] Ekengård J., Andersson M., Jönsson P.: Theoretical Study of Equilibrium Reac-tions between Metal Droplets and Slag, Steel Research International, vol. 78, no. 2, 2007, s. 109116.
[47] Falkus J., Pietrzkiewicz P., Kargul T.: Filtering of the Industrial Data for Artificial Neural Network, 5th European Oxygen Steelmaking Conference EOSC, 2628 June 2006, Aachen, Proceedings, s. 467474.
[48] Wieczorek T., wita³a P.: Wykorzystanie sieci neuronowych do predykcji wêgla, krzemu i manganu w procesie rafinacji stali w piecokadzi, NEUROMET 2009, 23 kwietnia 2009, AGH, Kraków.
[49] Ghosh A.: Scondary steelmaking. Principles and Applications, India Institute of Technology, CRC Press LLC, Kanpur 2001.
[50] Zheng S., Zhu M.: Physical Modelling of Inclusion Behaviour in Secondary Refi-ning with Argon Blowing, Steel Research, vol. 79, no. 9, 2008, s. 685690.
[51] Chen M., Wang N., Yao Y., Geng J., Xiong K.: Optimal Mixing Effect of LF Bottom-Blown Stirring by Two Nozzles, Steel Research, vol. 78, no. 6, 2007, s. 468472.
[52] Mazumdar D., Guthrie R.: The Physical and Mathematical Modelling of Gas Stirred Ladle Systems, ISIJ International, vol. 35, no. 1, 1995, s. 120.
[53] Mazumdar D., Guthrie, R.: Mixing models for gas stirred metallurgical reactors, Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 17, no. 4, 1986, s. 725733.
[54] Stapurewicz T., Themelis N.: Mixing and mass transfer phenomena in bottom-in-jected gas-liquid reactors, Canadian Metallurgical Quarterly, vol. 26, no. 2, 1987, s. 123128.
[55] Neifer M., Rodi S., Sucker D.: Investigations on the fluiddynamic and thermal process control in ladles, Steel Research International, vol. 64, no. 1, 1993, s. 5462.
[56] Launder B., Spalding D.: The Numerical Computation of Turbulent Flows. Com-puter Methods in applied engineering, no. 3, 1974, s. 269289.
[57] Falkus J.: Fizyczne i matematyczne modelowanie procesów mieszania k¹pieli metalowej w reaktorach metalurgicznych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo--Dydaktyczne AGH, Rozprawy Monografie, z. 71, 1998.
[58] Atkins P.: Chemia fizyczna, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2001.
[59] Modigell M., Monheim P., Hack K.: Development of a Modelling Technique for Non-Equilibrium Metallurgical Processes, Scandinavian Journal of Metallurgy, vol. 28, 1999, s. 285290.
[60] Modigell M., Monheim P., Petersen S., Pickartz U.: A New Tool for Process Modelling of Metallurgical Processes, Computers and Chemical Engineering, no. 25, 2001, s. 723.
[61] Modigell M., Monheim P., Petersen S., Pickartz U.: Process Modelling of Metal-lurgical Processes Software Tool and Modelling Concept, ESCAPE-10 (Euro-pean Symposium on Computer Aided Process Engineering-10), 2000, s. 571.
[62] Petersen S., Hack K., Monheim P., Pickartz U.: SimuSage the Component Library for Rapid Process Modeling and its Applications, International Journal of Mate-rials Research, no. 10, 2007, s. 946953.
[63] SimuSage VI, The Component Library for Rapid Process Modeling (dokumenta-cja pakietu SimuSage), 2005, GTT-Technologies.
[64] Pelton A.: Thermodynamic database development modeling and phase diagram calculations in oxide systems, Rare Metals, vol. 25, no. 5, 2006, s. 473480.
[65] Pelton A., Blander M.: Thermodynamic analysis of ordered liquid solutions by modified quasichemical approach Application to silicate slags, Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 17, no. 4, 1986, s. 805815.
[66] Pelton A., Chartrand P.: The modified quasi-chemical model II multicomponent solutions, Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 32, no. 6, 2001, s. 13551360.
[67] Chartrand P., Pelton A.: The modified quasi-chemical model III two sublattices, Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 32, no. 6, 2001, s. 13971407.
[68] Chartrand P., Pelton A., Eriksson G.: The modified quasi-chemical model IV two sublattices quadruplet approximation, Metallurgical and Materials Transac-tions A, vol. 32, no. 6, 2001, s. 14091416.
[69] Eriksson G., Hack K.: ChemSage a Computer Program for the Calculation of Complex Chemical Equilibria, Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 21, no. 6, 1990, s. 10131023.
[70] Bisio G., Rubatto G.: Process improvements in iron and steel industry by ana-lysis of heat and mass transfer, Energy Conversion Management, vol. 43, 2002, s. 205220.
[71] Fruehan J.F.: The making shaping and treating of steel, 11th Edition Steelmaking and Refining Volume, The AISE Steel Foundation, Pittsburgh 1998.
[72] Falkus J., Kargul T., Dro¿d¿ P.: A New Method for Determining Chemical Com-position of Refining Slag in the Ladle Furnace, MOLTEN 2009, 1821 January, Santiago, Chile.
[73] Nzotta M., Sichen D., Seetharaman S.: Sulphide Capacities in Some Multi Com-ponent Slag Systems, ISIJ International, vol. 38, no. 11, 1998, s. 11701179.
[74] Hayakawa H., Hasegawa M., Oh-nuki K., Sawai T., Iwase M.: Sulphide Capaci-ties of CaO-SiO2-Al2O3-MgO Slags, Steel Research International, vol. 77, no. 1, 2006, s. 1420.
TOMASZ KARGUL
Hybrydowy model procesów pozapiecowej rafinacji stali
Streszczenie
W monografii przedstawiono koncepcjê nowego modelu matematycznego, który wykorzystano do symulacji procesu argonowania stali w kadzi oraz procesu rafinacji w piecu kadziowym. W wyniku po³¹czenia dwóch modeli opisuj¹cych ró¿ne zjawiska oddzia³uj¹ce na przebieg rafinacji opracowano uniwersalny model hybrydowy, uwzglêd-niaj¹cy zarówno procesy mieszania metalu, jak i termodynamiczny opis reakcji przebie-gaj¹cych w uk³adzie. Po³¹czenie na drodze numerycznej modelu mieszania oraz mode-lu termodynamicznego pozwoli³o na identyfikacjê g³ównych czynników decyduj¹cych o efektywnoci rozpatrywanych procesów rafinacji stali.
Model mieszania zosta³ zaimplementowany w strukturze modelu hybrydowego na podstawie teorii reaktorów elementarnych, któr¹ dostosowano do warunków rozpa-trywanych procesów. Model termodynamiczny, uzupe³niaj¹cy podstawowe równania modelu mieszania, wykorzystano w celu wyznaczenia lokalnej równowagi pomiêdzy graniczn¹ warstw¹ metalu i ¿u¿la. Po³¹czenie wymienionych modeli by³o mo¿liwe dziêki pakietowi SimuSage, który zosta³ wykorzystany do stworzenia w³asnej aplikacji symulacyjnej ARGON. Opracowany program, bazuj¹cy na modelu hybrydowym, po-zwala na przeprowadzenie symulacji procesu argonowania stali oraz procesu rafinacji w piecu kadziowym w czasie krótszym ni¿ redni czas procesu rzeczywistego.
Wa¿n¹ cech¹ stworzonego modelu jest mo¿liwoæ przeprowadzenia wirtualnych symulacji pozwalaj¹cych na ocenê wp³ywu wybranych parametrów technologicznych na przebieg rozpatrywanych procesów rafinacji stali. W monografii przedstawiono miêdzy innymi wyniki wirtualnych symulacji, ukazuj¹ce wp³yw pocz¹tkowej
zawarto-ci tlenku ¿elaza w ¿u¿lu na efektywnoæ koñcowego odtleniania k¹pieli metalowej glinem dla procesu argonowania stali w kadzi za pomoc¹ lancy. W monografii zmiesz-czono równie¿ wyniki symulacji procesu odsiarczania k¹pieli metalowej w piecu ka-dziowym, pokazuj¹ce wp³yw dodatku tlenku wapnia na koñcow¹ zawartoæ siarki w k¹pieli metalowej, jak równie¿ wp³yw zawartoci tlenu rozpuszczonego w k¹pieli
zawarto-ci tlenku ¿elaza w ¿u¿lu na efektywnoæ koñcowego odtleniania k¹pieli metalowej glinem dla procesu argonowania stali w kadzi za pomoc¹ lancy. W monografii zmiesz-czono równie¿ wyniki symulacji procesu odsiarczania k¹pieli metalowej w piecu ka-dziowym, pokazuj¹ce wp³yw dodatku tlenku wapnia na koñcow¹ zawartoæ siarki w k¹pieli metalowej, jak równie¿ wp³yw zawartoci tlenu rozpuszczonego w k¹pieli