Opracowanie hybrydowego modelu procesu pozapiecowej rafinacji stali do oceny wybranych technologii metalurgicznych

Abstract

Determining the state of equilibrium in steel refining processes plays an important role in view of process intensification possibilities, process control and related economic effects. The main objective of this thesis is to elaborate hybrid model of steel refining technology in ladle furnace and argon blowing through lance. Hybrid model consist of two different mathematical models. Metal bath mixing is described by mathematical model which based on tank theory. Thermodynamic model was used to describe the equilibrium state in thin layer between slag and metal bath. This objective can be attained by using a software package containing suitable thermodynamic data base and computing software integrated witch it. Thermodynamic data were taken from FactSage software. Both thermodynamic and mixing models were connected in Delphi using SimuSage developer package The results of the hybrid model have been verified using an industrial database.

W pracy przedstawiono koncepcję nowego typu modelu matematycznego, który wykorzystano do symulacji procesu argonowania stali w kadzi oraz procesu rafinacji w piecu kadziowym. W wyniku połączenia dwóch modeli opisujących różne zjawiska oddziaływujące na przebieg rafinacji, opracowano uniwersalny model hybrydowy, uwzględniający zarówno procesy mieszania metalu jak i termodynamiczny opis reakcji przebiegających w układzie. Model mieszania został zaimplementowany w strukturze modelu hybrydowego w oparciu o teorię reaktorów elementarnych, którą dostosowano do warunków rozpatrywanych procesów. Model termodynamiczny, uzupełniający podstawowe równania modelu mieszania, wykorzystano w celu wyznaczenia lokalnej równowagi pomiędzy graniczną warstwą żużla i metalu. Połączenie wymienionych modeli było możliwe dzięki wykorzystaniu pakietu SimuSage, który został wykorzystany do stworzenia własnej aplikacji symulacyjnej ARGON. Opracowany program, bazujący na modelu hybrydowym, pozwala na przeprowadzenie symulacji procesu argonowania stali oraz procesu rafinacji w piecu kadziowym w czasie krótszym niż średni czas procesu rzeczywistego. Dokładność prognozy modelu w zakresie składu chemicznego kąpieli metalowej została zweryfikowana w oparciu o własne badania przemysłowe. Wyniki weryfikacji są zadawalające, co pośrednio świadczy o poprawności sformułowanego w pracy modelu hybrydowego.