Perturbation of the first form of oscillations of liquid metallurgical slag in the slag car bowl in transient operating modes

Abstract

The object of this research is the process of oscillation of liquid metallurgical slag in a slag bowl under the influence of acceleration. The work considers the oscillation processes in bowls used on railway and road slug cars, which differ in design and operating conditions. One of the key problems associated with the transportation of liquid slag is the dynamic instability of the melt, which leads to oscillations and splashing, which can pose a safety threat and reduce the efficiency of the transportation process. In this regard, the study of the dynamics of liquid slag in bowls of various designs is an urgent task aimed at optimizing transportation parameters and developing measures to reduce the risk of slag splashing. Based on the results of numerical modeling, it was established that the nature of the oscillations of liquid slag in the bowl significantly depends on the magnitude of the acceleration, the type of slag and the design of the bowl. In particular, the acceleration ranges at which different oscillation modes are observed, from minor surface disturbances to intensive slag splashing, have been determined. At the same time, the differences in the nature of oscillations for different types of slag and bowl designs lie within the limits determined by their physicochemical properties and geometric parameters. The results obtained allow to conclude that it is possible to develop measures for the operation of slag bowls, as well as their designs, in the direction of reducing the amplitude of liquid slag oscillations, which, in turn, contributes to increasing transportation safety and reducing dynamic loads on the bowl walls. The obtained data can be used in the design of new bowl designs to optimize their shape and internal elements in order to minimize slag oscillations. In addition, the information provided can be useful for metallurgical enterprises to develop effective methods for controlling and monitoring slag stability during transportation. Об’єктом даного дослідження є процес коливання рідкого металургійного шлаку в шлаковій чаші під впливом прискорення. У роботі розглядаються коливальні процеси в чашах, які використовуються на залізничних та автомобільних шлаковозах, що відрізняються конструкцією та умовами експлуатації. Однією з ключових проблем, пов'язаних з транспортуванням рідкого шлаку, є динамічна нестійкість розплаву, що призводить до коливань та випліскування, що може створювати загрозу безпеці та знижувати ефективність процесу транспортування. У зв'язку з цим, дослідження динаміки рідкого шлаку в чашах різної конструкції є актуальною задачею, спрямованою на оптимізацію параметрів транспортування та розробку заходів щодо зниження ризику випліскування шлаку. На основі результатів чисельного моделювання встановлено, що характер коливань рідкого шлаку в чаші суттєво залежить від величини пришвидшення, типу шлаку та конструкції чаші. Зокрема, визначено діапазони прискорень, при яких спостерігаються різні режими коливань, від незначних збурень на поверхні до інтенсивного випліскування шлаку. При цьому, відмінності в характері коливань для різних типів шлаку та конструкцій чаш лежать в межах, що визначаються їх фізико-хімічними властивостями та геометричними параметрами. Отримані результати дозволяють зробити висновок про можливість розробки заходів експлуатації шлакових чаш, а також їх конструкцій у напрямку зниження амплітуди коливань рідкого шлаку, що, в свою чергу, сприяє підвищенню безпеки транспортування та зменшенню динамічних навантажень на стінки чаші. Отримані дані можуть бути використані при проектуванні нових конструкцій чаш для оптимізації їх форми та внутрішніх елементів з метою мінімізації коливань шлаку. Крім того, подана інформація може бути корисною для металургійних підприємств для розробки ефективних методів контролю та моніторингу стійкості шлаку при транспортуванні.