Inżynieria procesów kadziowych w metalurgii stali - Jan Jowsa

Ze wstępu [fragmenty] :

Współczesne procesy wytapiania stali w piecu elektrycznym i konwertorze tlenowym nie kończą się zamknięciem pełnego cyklu rafinacji oraz uzyskaniem metalu o zadanym składzie chemicznym. Dalsze etapy procedury wzrostu jakości produktu stalowniczego od­bywają się poza tymi urządzeniami. W literaturze grupę takich procesów przyjęło się na­zywać metalurgią drugorzędową lub wtórną (secondary metallurgy). W obiegowej termino­logii hutnictwa krajowego takie określenie w ogóle się nie przyjęło i zwykle używa się naz­wy danego procesu, np.: proces próżniowy, RH.
Wydaje się, że polską nazwą dla tej klasy procesów może być „metalurgia kadziowa".

Zadaniem metalurgii kadziowej jest przeprowadzenie dodatkowej obróbki stali przed jej odlewaniem we wlewki klasyczne lub ciągłe. Do celów tej obróbki zaliczyć należy: odsiarczanie, odtlenianie, odwęglanie, odgazowanie stali ([N], [H]), a ponadto wprowadzenie składników stopowych, homogenizację chemiczną i termiczną, usuwanie wtrąceń niemetalicznych oraz modyfikowanie ich składu chemicznego.
By takie procesy zrealizować, opracowano szereg rozwiązań technologicznych. W części polegają one na modyfikacji istniejących agregatów hutniczych, w części - na całkowicie nowatorskich rozwiązaniach konstrukcyjno-technologicznych...

Sterowanie procesem technologicznym wymaga specjalistycznej wiedzy, obejmującej między innymi: termodynamikę i kinetykę procesów oraz transport masy, pędu i energii w układach heterofazowych.
Wymienione dziedziny wiedzy należą do inżynierii procesowej w nawiązaniu do konkretnych technik wytwarzania.
W języku polskim istnieje jedna, napi­sana przez profesora J. Botora, pozycja książkowa pod tytułem „Podstawy metalurgicznej inżynierii procesowej", wydana przez Wydawnictwo Politechniki Śląskiej w 1999 roku.
Autor podejmuje w niej zagadnienia istotne dla metalurgii, lecz w ograniczonym stopniu dotyczą one procesów stalowniczych, w tym, takich jak: homogenizacja chemiczna i termiczna stali w kadziach głównej.
Nadto Autor nie zajmuje się przedstawieniem zjawisk zachodzących w kadzi pośredniej podczas ciągłego odlewania stali.
Wobec tego to opracowanie ma szansę, choć w części, wypełnić tę lukę...

SPIS TREŚCI :

Wstęp
Spis ważniejszych symboli i oznaczeń

1. Termodynamika i kinetyka procesów metalurgicznych
1.1. Stechiometria i równowaga chemiczna
1.2. Ciekłe roztwory żelaza
1.3. Roztwory żużlowe
1.3.1. Pojemność ekstrakcyjna i zasadowość żużli
1.4. Kinetyka procesów
1.4.1. Kinetyka reakcji powierzchniowych
1.4.2. Kinetyka usuwania wodoru z ciekłej stali
1.4.3. Kinetyka odsiarczania stali i stopów żelaza w stanie ciekłym
1.4.4. Kinetyka odtleniania ciekłej stali
1.5. Zbiory danych termochemicznych
Literatura pierwszego rozdziału

2. Elementy dynamiki płynów
2.1. Przepływy laminarne
2.2. Przepływy turbulentne
2.3. Przepływy wielofazowe
2.4. Obliczenia numeryczne
Literatura drugiego rozdziału

3. Charakter przepływu stali i jego wpływ na efektywność procesu
3.1. Definicje charakterystyk RTD
3.2. Badania rozkładu znacznika w urządzeniu przepływowym
3.3. Określenie rodzaju przepływów
3.4. Ocena charakteru przepływu stali w wielowylewowej kadzi pośredniej
Literatura trzeciego rozdziału

4. Podobieństwo i analiza wymiarowa
4.1. Warunki podobieństwa
4.2. Liczby kryterialne
4.3. Warunki podobieństwa dla modelowania mieszania stali w piecu kadziowym
4.4. Warunki podobieństwa dla modelowania procesu opróżniania kadzi stalowniczej
4.5. Warunki podobieństwa dla przepływu stali w kadzi pośredniej
4.6. Warunki podobieństwa dla modelowania procesu z reakcjami chemicznymi
Literatura czwartego rozdziału

5. Procesy i urządzenia metalurgii kadziowej
5.1. Proces w piecu kadziowym
5.2. Proces VD
5.3. Proces VAD
5.4. Proces VOD
5.5. Proces RH
5.6. Proces CAS-OB
5.7. Proces PM
5.8. Proces TN
5.9. Procesy w kadzi pośredniej
Literatura piątego rozdziału

6. Wdmuchiwanie gazu do cieczy
6.1. Generowanie pęcherzy gazowych i ich przepływ w środowisku wodnym
6.2. Generowanie i przepływ pęcherzy gazowych w ciekłych metalach
6.3. Charakterystyki stożkowej kolumny gazowo-cieczowej (pióropusza gazowego)
6.4. Matematyczne modelowanie ruchu cieczy wywołanego iniekcją gazu
6.4.1. Modele makroskopowe
6.4.1.1. Energia i moc mieszania
6.4.2. Modele semiempiryczne
6.4.3. Modele oparte na równaniu Naviera-Stokesa
6.4.3.1. Model quasi-jednofazowy
6.4.3.2. Model dwufazowy Eulera-Lagrange’a
6.4.3.3. Model dwufazowy Eulera-Eulera
6.5. Przykład numerycznej symulacji wdmuchiwania gazu w piecu kadziowym
6.6. Mieszanie i czas homogenizacji stali
6.6.1. Modele cyrkulacyjne i zbiornikowe
6.6.2. Modele semiempiryczne
6.6.3. Model mieszania na podstawie równania Naviera-Stokesa
6.6.3.1. Numeryczna symulacja procesu mieszania dodatku stopowego
6.6.3.2. Wyznaczanie czasu mieszania dla danego stopnia homogenizacji kąpieli
6.7. Ruch pęcherzy i cyrkulacja stali w urządzeniach do odgazowania stali
Literatura szóstego rozdziału

7. Procesy w kadzi pośredniej
7.1. Funkcje i konfiguracje kadzi pośrednich
7.2. Charakterystyki kadzi pośredniej
7.3. Badanie procesów w kadzi pośredniej
7.3.1. Fizyczne modelowanie przepływu w kadzi
7.3.2. Matematyczne modelowanie procesów w kadzi
7.4. Optymalizacja warunków pracy kadzi pośredniej
7.5. Filtracja WN w warunkach kadzi pośredniej
7.6. Natlenianie stali w kadzi pośredniej poprzez strugę i zasypkę żużlotwórczą
Literatura siódmego rozdziału

8. Odtlenianie oraz mechanizm powstawania i usuwania wtrąceń niemetalicznych
8.1. Zarodkowanie WN
8.2. Koalescencja dyfuzyjna
8.3. Wzrost zderzeniowy WN
8.4. Wypływanie WN do żużla
8.5. Wychwytywanie WN przez wyłożenie ogniotrwałe
8.6. Unoszenie i wypływanie wtrąceń z pęcherzykami gazowymi
8.7. Efektywność zderzeń WN z pęcherzami gazowymi
8.8. Efektywność adhezji WN do pęcherza gazowego
8.9. Przechodzenie WN z ciekłej stali do żużla poprzez granicę międzyfazową metal-żużel
Literatura ósmego rozdziału