THE CALCULATIONS OF STEEL FLAT BRIQUETTES MELTING IN LIQUID BATH OF A STEELMAKING UNIT. Report 1. Mathematical formulation of the problem and its analytical solution

Yu S Postol’Nik,V I Timoshpol’Skii

doi:10.17073/0368-0797-2015-6-455-459

Abstract

A mathematical model of heating and melting sequences of thermo-massive slabs (fl at steel briquettes) with variable thermal and physical properties (TPP) at boundary conditions of genus III, was formulated. Setting the genus III boundary conditions allows to analyze the impact of the external heat exchange coefficients of briquette melting processes.The calculation technique for solving the stated problem is the equivalent sources method (MES) as applied to a thermal layer scheme. Predictive expressions for slab through-heating (thermal lag stage), heating (ordered stage) time and at the time of melting, were derived. A comparison of solutions was obtained with the MES method and numerical realization of heating and melting the slab with a satisfactory convergence. It was proofed that the obtained mathematical relations may be used in steelmaking practices to perform calculations for lump materials melting in thermal engineering (e.g., when using briquettes in arc-furnaces).

Highlights

Setting the genus III boundary conditions allows to analyze the impact of the external heat exchange coefficients of briquette melting processes.The calculation technique for solving the stated problem is the equivalent sources method (MES) as applied to a thermal layer scheme
It was proofed that the obtained mathematical relations may be used in steelmaking practices to perform calculations for lump materials melting in thermal engineering
При этом термофизическая модель исследуемых процессов теплообмена рассмотрена для схемы термического слоя с разбиением процесса внутреннего теплообмена на три этапа: инерционный; регулярный; период плавления

Summary

Introduction

Сформулирована математическая модель нагрева и плавления термомассивной плиты (плоского стального брикета) с переменными теплофизическими характеристиками при краевых условиях III рода. Получены расчетные выражения для определения времени прогрева пластины (инерционный этап), нагрева (упорядоченный этап) и на стадии плавления. Выполнено сравнение полученного решения при использовании метода эквивалентных источников и численной реализации поставленной задачи нагрева и плавления пластины, которое показало удовлетворительную сходимость.

Results

Conclusion