Агрегат комплексной обработки стали (АКОС), оборудованный специальными устройствами для проведения нагрева металла до заданной температуры и обработки его различными порошкообразными материалами, предназначен для рафинирования стали от нежелательных элементов, а также для ее легирования.

Применение АКОС в сталеплавильном цехе дает возможность перенести процесс доводки металла из печи в сталеразливочный ковш. Это позволяет сократить время выплавки стали, уменьшить температуру металла, выпускаемого из печи, вследствие чего поднимается производительность технологической линии, сокращаются затраты электроэнергии, уменьшается расход легирующих и шлакообразующих материалов, а также повышается качество выпускаемой продукции.

Обеспечение заданной температуры металла по ходу внепечной обработки, и особенно в ее конце, при передаче ковша на машину непрерывного литья заготовок, является одной из важнейших задач управления процессом в АКОС. Непрерывный расчет температуры необходим, во-первых, для ведения оптимального режима нагрева или охлаждения металла; во-вторых, служит источником необходимой информации для обслуживающего персонала для принятия решения о дальнейшей обработке.

Расчет энергетического баланса агрегата комплексной обработки стали показал, что основными статьями баланса, относящимися к энергетическим потерям, являются потери с отходящими газами (13%), с охлаждающей водой (9.5%), потери тепла теплопроводностью через футеровку (3.5%), электрические потери (18%). На нагрев металла при этом используется около 51% тепла.

На основании полученных результатов разработана математическая модель и алгоритм для расчета температуры металла в АКОС (рис. 1).

Рис. 1. Алгоритм расчета температуры металла

При разработке математической модели были приняты следующие допущения:

– форма ковша принята цилиндрической;

– электрическая дуга имеет цилиндрическую форму, расстояние от дуги до произвольной поверхности, участвующей в теплообмене, значительно превышает размеры дуги, поэтому ее тепловое излучение происходит из точки, лежащей на оси цилиндра посредине его высоты и являющейся центром теплового излучения цилиндра;

– теплоотдача с боковой поверхности дуги осуществляется только излучением;

– с учетом интенсивного перемешивания расплава аргоном принято, что металл характеризуется одной средней температурой и может рассматриваться как нагрев сосредоточенного тела;

– распределение электрической мощности по фазам симметричное.

Необходимые исходные данные для расчета теплового состояния АКОС делятся на зависящие и не зависящие от характера плавки. Не зависящие от характера плавки исходные данные охватывают геометрические параметры агрегата (высота и радиус ковша, толщина и теплофизические характеристики отдельных слоев футеровки, диаметр водоохлаждаемой крышки, расход воды на охлаждение свода, температура воды на входе в охлаждающую систему) и характеристики добавляемых по ходу обработки материалов. Зависящие от характера плавки данные – данные о мгновенном ходе процесса обработки в АКОС, которые автоматически передаются на ЭВМ цеха: температура отходящих газов, температура охлаждающей воды на выходе из охлаждающей системы, параметры электрического режима и другие.

Начальная температура металла определяется с использованием данных последнего замера термопарой, который производится на установке вакуумирования. После производится непрерывный расчет на ЭВМ текущей температуры металла с использованием основных статей энергетического баланса по формуле: