SUPERVISOR
Ali Shafyei,Mohammad Hassan Abbasi
علي شفيعي (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد راهنما)
STUDENT
Sayyed Mohammad Hafezinegad manshadi
سيدمحمد حافظي نژادمنشادي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Determining of Optimum Conditions of Stiring Molten Steel by Injecting Ar in Ladle Furnace to Obtain Homogeneous Chemical Composition and Temperature Distribution
Gas injection into melt contained in ladle through porous plug is a useful technique for homogenizing temperature distribution and chemical composition of molten steel. Performance of the gas injection process depends on the gas flow rate, porous plug location and alloy addition position. In the present work, the effects of gas flow rate, depth of melt, position of tracer injection, and slag layer on mixing time for a ladle with capacity of 40 tones whose porous plug located in 0.63R was investigated. Experiments were carried out by bottom injection of Ar gas into the water model, and silicone oil was used as top slag layer. Mixing time for presence as well as absence of oil layer was investigated in different gas flow rates and various bath depths for tracer injection at slag eye and opposite slag eye position. Moreover, the effect of gas flow rate, alloy addition position, and slag layer on the dissolution rate of alloying elements was investigated using cylindrical specimen of benzoic acid. According to the obtained results for oil absence condition, when the tracer injected at slag eye, the maximum mixing time occurred in minimum bath depth (30 cm) for each gas flow rate. Also the mixing time decreased from 86.6 to 61.8 s with increasing gas flow rate from 3 to 6.75 L/min. For each gas flow rate, the minimum mixing time occurred at the maximum bath depth (45 cm), thus the mixing time decreased from 77.6 to 56.2 s with increasing of the gas flow rate from 3 to 6.75 L/min. When the tracer was injected at slag eye and in the presence of oil layer with 0.1L thickness, the mixing time was increased 75 to 107%. However, in the absence of oil layer when the tracer was injected at opposite slag eye position, the maximum mixing time occurred at minimum bath depth (30 cm) for each gas flow rate. Also the mixing time decreased from 109.25 to 74 s when gas flow rate increased from 3 to 6.75 L/min. For each gas flow rate, the minimum mixing time occurred at the maximum bath depth (45 cm), thus the mixing time decreased from 94.8 to 62.6 s with increasing of the gas flow rate from 3 to 6.75 L/min. The mixing time increased from 80 to 100% when the tracer was injected at opposite slag eye position in the presence of oil layer with 0.1L thickness. An empirical correlation was suggested for the mixing time for each position of tracer injection. The results of dissolution rate measurements of benzoic acid specimens indicated that the dissolution rate in plume is higher than in the case of opposite position of plume, and the presence of oil layer with0.1L thickness, led to decrease of dissolution rate. Finally, according to the secondary steelmaking parameters in ladle furnace in Iran alloy steel company, the optimum conditions were suggested for homogenizing molten steel by injecting of Ar gas. Keywords: Mixing time, Gas injection, Gas stirred ladle, Homogenizing molten steel, Dissolusion of alloying elements, Entrapment of Slag.
چکيده دمش گاز خنثي از طريق توپي متخلخل در مذاب داخل کورة پاتيلي، روشي مفيد براي همگن سازي ترکيب شيميايي و توزيع دماي فولاد مذاب است. کارايي فرآيند دمش گاز خنثي در مذاب درون پاتيل به نرخ دمش گاز، موقعيت قرار گرفتن توپي و محل افزودن عناصر آلياژي بستگي دارد. در اين تحقيق اثر نرخ جريان گاز آرگون، ارتفاع مذاب، محل افزودن ردياب و حضور لايه سرباره بر زمان مخلوط شدن مذاب درون کورة پاتيلي با ظرفيت 40 تن فولاد مذاب و داراي يک توپي متخلخل قرارگرفته در فاصله R63/0، بررسي شده است. آزمايشات با استفاده از دمش گاز آرگون از کف به درون آب در مدل آبي انجام شد، و همچنين روغن سيليکون به عنوان لايه سرباره، در مدل آبي مورد استفاده قرار گرفت. زمان مخلوط شدن در نرخ هاي مختلف جريان گاز براي ارتفاع هاي مختلف حمام در غياب لايه روغن و حضور لايه روغن در مدل آبي، براي دوحالت افزودن ردياب در چشم سرباره و موقعيت مقابل چشم سرباره مورد بررسي قرار گرفت. همچنين اثر نرخ جريان گاز، موقعيت افزودن عناصر آلياژي و لايه سرباره بر سرعت انحلال عناصر آلياژي، با استفاده از انحلال نمونه هاي استوانه اي شکل اسيدبنزوئيک در مدل آبي در دو موقيعت مختلف پلوم و مقابل پلوم، مورد بررسي قرار گرفت. براساس نتايج بدست آمده در حالت غياب لايه روغن، هنگامي که ردياب در چشم سرباره به حمام اضافه گرديد بيشترين زمان مخلوط شدن در هر نرخ جريان گاز در کمترين ارتفاع حمام (cm 30)، در مدل آبي حاصل شد که در اين ارتفاع با افزايش نرخ جريان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 6/86 به 8/61 ثانيه کاهش يافت. و کمترين زمان مخلوط شدن در هر نرخ جريان گاز مربوط به بيشترين ارتفاع حمام (cm 45)، بود که در اين ارتفاع با افزايش نرخ جريان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 6/77 به 2/56 ثانيه کاهش يافت. حضور لايه روغن با ضخامت L1/0 در اين حالت باعث افزايش زمان مخلوط شدن بين 75 تا 107% گرديد. همچنين در حالت غياب لايه روغن، هنگامي که ردياب در موقعيت مقابل چشم سرباره به حمام اضافه گرديد بيشترين زمان مخلوط شدن در هر نرخ جريان گاز در کمترين ارتفاع حمام (cm 30)، در مدل آبي حاصل شد که در اين ارتفاع با افزايش نرخ جريان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 25/109 به 74 ثانيه کاهش يافت. و کمترين زمان مخلوط شدن در هر نرخ جريان گاز مربوط به بيشترين ارتفاع حمام (cm 45)، بود که در اين ارتفاع با افزايش نرخ جريان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 8/94 به 6/62 ثانيه کاهش يافت. حضور لايه روغن با ضخامت L1/0 در اين حالت باعث افزايش زمان مخلوط شدن بين 80 تا 100% گرديد. براساس نتايج بدست آمده از مدل آبي براي هر دو موقعيت مختلف افزودن ردياب در حالت غياب لايه روغن يک رابطه تجربي پيشنهاد گرديد. مقايسه سرعت انحلال نمونه هاي اسيدبنزوئيک در مدل آبي نشان داد که سرعت انحلال براي نمونه قرار گرفته در پلوم بيشتر از نمونه قرار گرفته در موقيعت مقابل پلوم بوده و همچنين حضور لايه سرباره به ضخامت L1/0 باعث کاهش سرعت انحلال مي گردد. در نهايت با توجه به متغيرهاي فولادسازي ثانويه در کوره پاتيلي شرکت فولاد آلياژي ايران، شرايط بهينه براي همگن سازي فولاد مذاب توسط دمش گاز آرگون پيشنهاد گرديد. کلمات کليدي : زمان مخلوط شدن، دمش گاز خنثي، پاتيل هم زده شده با گاز، همگن سازي فولاد مذاب، انحلال عناصر آلياژي، برگشت سرباره.