SUPERVISOR
Ali Shafyei,Mohammad Hassan Abbasi
علی شفیعی (استاد راهنما) محمدحسن عباسی (استاد راهنما)
STUDENT
Sayyed Mohammad Hafezinegad manshadi
سیدمحمد حافظی نژادمنشادی
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.
دمش گاز خنثی از طریق توپی متخلخل در مذاب داخل کورة پاتیلی، روشی مفید برای همگن سازی ترکیب شیمیایی و توزیع دمای فولاد مذاب است. کارایی فرآیند دمش گاز خنثی در مذاب درون پاتیل به نرخ دمش گاز، موقعیت قرار گرفتن توپی و محل افزودن عناصر آلیاژی بستگی دارد. در این تحقیق اثر نرخ جریان گاز آرگون، ارتفاع مذاب، محل افزودن ردیاب و حضور لایه سرباره بر زمان مخلوط شدن مذاب درون کورة پاتیلی با ظرفیت 40 تن فولاد مذاب و دارای یک توپی متخلخل قرارگرفته در فاصله R63/0، بررسی شده است. آزمایشات با استفاده از دمش گاز آرگون از کف به درون آب در مدل آبی انجام شد، و همچنین روغن سیلیکون به عنوان لایه سرباره، در مدل آبی مورد استفاده قرار گرفت. زمان مخلوط شدن در نرخ های مختلف جریان گاز برای ارتفاع های مختلف حمام در غیاب لایه روغن و حضور لایه روغن در مدل آبی، برای دوحالت افزودن ردیاب در چشم سرباره و موقعیت مقابل چشم سرباره مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر نرخ جریان گاز، موقعیت افزودن عناصر آلیاژی و لایه سرباره بر سرعت انحلال عناصر آلیاژی، با استفاده از انحلال نمونه های استوانه ای شکل اسیدبنزوئیک در مدل آبی در دو موقیعت مختلف پلوم و مقابل پلوم، مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج بدست آمده در حالت غیاب لایه روغن، هنگامی که ردیاب در چشم سرباره به حمام اضافه گردید بیشترین زمان مخلوط شدن در هر نرخ جریان گاز در کمترین ارتفاع حمام (cm 30)، در مدل آبی حاصل شد که در این ارتفاع با افزایش نرخ جریان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 6/86 به 8/61 ثانیه کاهش یافت. و کمترین زمان مخلوط شدن در هر نرخ جریان گاز مربوط به بیشترین ارتفاع حمام (cm 45)، بود که در این ارتفاع با افزایش نرخ جریان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 6/77 به 2/56 ثانیه کاهش یافت. حضور لایه روغن با ضخامت L1/0 در این حالت باعث افزایش زمان مخلوط شدن بین 75 تا 107% گردید. همچنین در حالت غیاب لایه روغن، هنگامی که ردیاب در موقعیت مقابل چشم سرباره به حمام اضافه گردید بیشترین زمان مخلوط شدن در هر نرخ جریان گاز در کمترین ارتفاع حمام (cm 30)، در مدل آبی حاصل شد که در این ارتفاع با افزایش نرخ جریان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 25/109 به 74 ثانیه کاهش یافت. و کمترین زمان مخلوط شدن در هر نرخ جریان گاز مربوط به بیشترین ارتفاع حمام (cm 45)، بود که در این ارتفاع با افزایش نرخ جریان گاز از 3 به L/min 75/6، زمان مخلوط شدن از 8/94 به 6/62 ثانیه کاهش یافت. حضور لایه روغن با ضخامت L1/0 در این حالت باعث افزایش زمان مخلوط شدن بین 80 تا 100% گردید. براساس نتایج بدست آمده از مدل آبی برای هر دو موقعیت مختلف افزودن ردیاب در حالت غیاب لایه روغن یک رابطه تجربی پیشنهاد گردید. مقایسه سرعت انحلال نمونه های اسیدبنزوئیک در مدل آبی نشان داد که سرعت انحلال برای نمونه قرار گرفته در پلوم بیشتر از نمونه قرار گرفته در موقیعت مقابل پلوم بوده و همچنین حضور لایه سرباره به ضخامت L1/0 باعث کاهش سرعت انحلال می گردد. در نهایت با توجه به متغیرهای فولادسازی ثانویه در کوره پاتیلی شرکت فولاد آلیاژی ایران، شرایط بهینه برای همگن سازی فولاد مذاب توسط دمش گاز آرگون پیشنهاد گردید. کلمات کلیدی : زمان مخلوط شدن، دمش گاز خنثی، پاتیل هم زده شده با گاز، همگن سازی فولاد مذاب، انحلال عناصر آلیاژی، برگشت سرباره.