9 ISSN 2415-8445 СУЧАСНА ЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЯ, № 1, 2021 ЕЛЕКТРОШЛАКОВА ТЕХНОЛОГІЯ УДК 669.187.56:004.94 https://doi.org/10.37434/sem2021.01.01 ВПЛИВ ДЕФОРМАЦІЇ КРАПЕЛЬ РОЗПЛАВЛЕНОГО МЕТАЛУ НА ЇХ РУХ ТА НАГРІВАННЯ В ШАРІ ШЛАКУ ПРИ ЕШП І.В. Крівцун, В.М. Сидорець , А.В. Сибір, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, Л.Б. Медовар ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: offce@paton.kiev.ua Запропоновано спрощену математичну модель процесів руху і нагрівання крапель розплавленого металу в рід- кому шлаку при ЕШП в двох варіантах постановки задачі: крапля зберігає вихідну сферичну форму; крапля деформується і набуває форму сплюснутого (в напрямку руху) сфероїда. Показано, що деформація краплі чи- нить істотний вплив на швидкість і тривалість її руху в шарі шлаку, а також на площу поверхні краплі (при збе- реженні її об’єму), яка визначає умови нагрівання і взаємодії металу краплі з розплавленим шлаком. Доведено, що внаслідок збільшення площі поверхні і зменшення швидкості руху крапель більшого діаметру їх нагрівання в шарі шлаку відбувається більш ефективно в порівнянні зі сферичними краплями. Біблігр. 16, табл. 2, рис. 11. Ключові слова: електрошлаковий переплав; математичне моделювання; витратний електрод; крапля рідкого металу; розплавлений шлак; нагрівання; рух; деформація краплі Знання закономірностей руху частинок металу в різних середовищах (рідких, газоподібних, в тому числі таких, що знаходяться в стані плазми), а також закономірностей теплової взаємодії мета- левих частинок з вказаними середовищами не- обхідні при проведенні досліджень і розробок в області металургійних та зварювальних процесів (наплавлення й напилювання покриттів). При ана- лізі металургійних процесів найчастіше розгляда- ють характер руху частинок розплавленого металу в рідкому шлаку або частинок шлаку, а також га- зових бульбашок в рідкому металі при отриманні або рафінуванні металевих сплавів. Дослідженню зазначених закономірностей присвячено значну кількість робіт [1–6]. При вивченні динаміки руху рідких металевих частинок в різних середовищах найважливішим па- раметром є коефіцієнт лобового опору. Досить часто цей коефіцієнт визначають або за формулою Стокса (для руху сферичних частинок при малих числах Рейнольдса), або за більш складними критеріальни- ми залежностями, які враховують зміну характеру обтікання частинок з його збільшенням [7–9]. Слід зазначити, що в більшості розглянутих ви- падків передбачається, що досліджувана частинка є твердою сферою. Разом з тим рух рідкої частин- ки, наприклад краплі розплавленого металу, має важливу особливість, а саме зміну її форми в про- цесі руху і, відповідно, діючої на неї сили опору. У деяких випадках при дослідженні руху крапель, що деформуються, використовують чисельні ме- тоди, які дозволяють розраховувати поля швид- костей як зовні, так і всередині краплі [10], однак такий підхід є досить складним. Оцінка розміру крапель, що формуються при переплаві витратного електрода в умовах елек- трошлакових процесів, детально описана в бага- тьох роботах [11–15]. При цьому аналіз характе- ристик їх руху в шарі шлаку зазвичай проводять з використанням критеріальних залежностей кое- фіцієнта лобового опору для краплі, яка має сфе- І.В. Крівцун — https://orcid.org/0000-0001-9818-3383, В.М. Сидорець — https://orcid.org/0000-0002-8498-4726, А.В. Сибір — https://orcid.org/0000-0002-9974-0636, Г.П. Стовпченко — https://orcid.org/0000-0002-6555-5715, Г.О. Полішко — https://orcid.org/0000-0001-7543-280Х, Л.Б. Медовар — https://orcid.org/0000-0003-2077-5965 © І.В. Крівцун, В.М. Сидорець , А.В. Сибір, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, Л.Б. Медовар, 2021 Рис. 1. Схема розподілу сил, що діють на краплю розплавле- ного металу, яка рухається в шарі рідкого шлаку при ЕШП: D 0 — початковий діаметр краплі; F G — сила тяжіння; F A — сила Архімеда; F D — сила лобового опору