Кожухов А.А.¹⁾

¹⁾ Старооскольский технологический институт
(филиал) Московского государственного института стали и сплавов.

E-mail: alex1976@oskolnet.ru

Ключевые слова: двухъярусная фурма, газоструйная пылеочистка, зона продувки, пылеосаждение, утилизация.

Применение двухъярусных фурм с отдувом [ 1] позволяет осуществлять интенсивную продувку [ 2] сталеплавильной ванны O₂ с расходом дутья =5(м³/(т× мин)) и автономным подводом О₂ с расходом (, м³/(т× мин)) для создания газоструйной пылеочистки (ГСП) [ 3] над зоной продувки и воздействия на шлак [ 1] . С этой целью представляется целесообразным оценить эффективность работы ГСП по пылеосаждению технологической пыли и ее утилизации вспененным шлаком [ 2] . Установлено, что с повышением высоты вспененного шлака заметно снижается [ 1, 4] запыленность отходящих газов из конвертера. Данный факт объясняется тем, что с увеличением высоты вспененного шлака увеличивается путь всплытия пыленесущих пузырей [ 2] , которые разрушаются во время движения в шлаке струями ГСП над зоной продувки [ 5] .

При этом текущую запыленность отходящих газов (G_X, кг/с) из рабочего пространства конвертера при наличии струй ГСП можно оценить по выражению [ 1] :

где G₀–начальная запыленность отходящих газов на выходе из зоны продувки, кг/с; G_s–количество технологической пыли, подсосанное струями ГCП, кг/с; D Н–высота вспененного шлака от уровня поверхности металла, м.

Анализ уравнения (1) показывает, что запыленность отходящих газов (G_X) из конвертера снижается тем интенсивнее при наличии над зоной продувки пенистого шлака, чем выше значения D Н и G_s.

Учитывая тот факт, что значительное количество пыли (до 30–50%) утилизируется над зоной продувки пенистым шлаком [ 2, 3] , представляется важным при продувке изучить особенности состояния и подъема уровня ванны D Н, и на этой основе уточнить структуру математической модели [ 1, 5] для организации эффективной работы ГСП в агрегате.

Характер изменения уровня конвертерной ванны с учетом механического действия струй ГСП, исследовали методом холодного моделирования. Масштаб моделирования рассчитывали исходя из условия идентичности критерия Архимеда. В качестве моделирующей среды исследовали воду. Расходы воздуха на продувку жидкости изменяли от 700 л/ч до 2300 л/ч, что соответствовало интенсивности продувки от 2 до 8 м³/(т× мин), а на создание ГСП в пределах 20-60% от расхода воздуха на продувку. По ходу продувки при помощи специального щупа [ 1] измеряли уровень подъема жидкости. Эксперименты проводили в сравнительных условиях применения двухъярусных и типовых фурм.

Экспериментальные данные обработали в виде зависимости величины относительного подъема ванны D H/H₀ от отношения критериев Архимеда (Ar) и Вебера (We) (рис. 1). По результатам математической обработки более 35 измерений получили следующую регрессионную зависимость:

Анализ уравнения (2) показывает что по мере увеличения расхода газа на ГСП (® max) уровень подъема ванны снижается, что объясняется не только механическим циркуляционным воздействием струй ГСП на газовые пузыри в жидкости, т.е. влиянием упругих струй на разрушение крупных пузырей и полостей, но и за счет интенсификации [ 1] перемешивания всей конвертерной ванны.

Рис. 1. Зависимость относительного подъема ванны от отношения критериев Архимеда и Вебера.

Полученное уравнение (2) учитывает влияние расхода кислорода () на ГСП [ 1] и применимо для условий использования в кислородно-конвертерном процессе при 0,2</ <0,6.

Анализ полученных фотографий во время продувки, свидетельствует о том, что при продувке через типовую фурму газ выходит в виде отдельных газовых объемов “свищей” сложной формы (рис. 2) образующихся в результате слияния крупных пузырей. Однако организация ГСП над зоной продувки приводит к разрушению этих объемов на более мелкие, о чем свидетельствует (рис. 3). Степень разрушения газовых “свищей” и “канальцев” оценивали параметром (d ) по формуле , где SS и S–общая площадь рассматриваемой поверхности, и площадь этой поверхности, занятая газовыми объемами (пузырями) соответственно, м². По результатам математической обработки более 20 измерений на ЭВМ методами регрессионного анализа получили следующую зависимость со степенью достоверности R=0,86± 0,036:

, (3)

Из анализа уравнения (3) следует, что при уменьшении высоты расположения сопел узла отдува Н_с/d_с от 70 до 0 т. е. приближение сопел узла отдува к поверхности шлака, при тех же расходах газа на ГСП (Q_з) эффективность разрушения газовых объемов “свищей”.

По данным [ 1,2] основной поток пылеуноса приходиться на шлейф отходящего газа в виде системы канальных газовых объемов “свищей” вокруг корпуса фурмы (рис. 2). Из анализа полученных экспериментальных данных следует, что применение ГСП над зоной продувки позволяет разрушать газовые объемы “свищи” на более мелкие, интенсифицировать перемешивание шлака, что способствует коагуляции пыли.

1. Изучены на модели основные закономерности поведения и состояния вспененной ванны при различных режимах продувки жидкости для условий работы конвертера с применением газоструйной пылеочистки.
2. Получено уравнение характеризующие закономерности подъема уровня конвертерной ванны с учетом действия ГСП, позволяющее при переводе на промышленный агрегат оптимизировать параметры режима кислородной продувки металла в конвертере с применением двухъярусных фурм с отдувом.
3. По результатам выполненных исследований установили, что применение ГСП над зоной продувки позволяет усилить фильтрующую способность вспененного шлака.

1. Меркер Э.Э. Проблемы дожигания оксида углерода и утилизации пыли в конвертере. – М.: Металлургия, 1996. – 191 с.
2. Квитко М. П., Афанасьев С. Г. Кислородно-конвертерный процесс. М.: Металлургия, 1974. – 343с
3. Меркер Э.Э. Кожухов А. А. Бартенева О. И. и др.// Экологически аспекты конвертерной плавки стали// Производство, технология, экология – образование в технических университетах на пороге XXI века. В сб. 2-ой международной конференции “Протек-99” в МГТУ “Станкин” 13-17 сентября 1999 г. – Москва, 1999, - с.45–46.
4. Меджибожский М. Я., Бакот В. Я., Сельский В. И. Скорость движения газовых пузырей и изменение уровня жидкости при интенсивной ее продувке //Известия АН СССР. Металлы. - 1974. -№2. -с. 7-10.
5. Меркер Э. Э., Кожухов А. А. Разработка модели и моделирование ГДП в конвертере // Вопросы проектирования и эксплуатации технических систем в металлургии. Тез. докл. Международной научн. конф. 15-16 сентября 1999 г. - Старый Оскол, 1999, - с. 55-58

    

   ---

   *                   *                   *

   ДИСКУССИЯ
   От кого	Вопрос	Ответ
   Georgy	Вопросов несколько но сначала один, Что подразумевается под словом "пыль"?	Под словом "пыль" подразумевается: 1. крупная пыль образующуюся при продувке ванны кислородом, которая составляет 10-15%, и около 10% мелкой пыли; 2. пыль образующуюся при подачи сыпучих материалов (на пример известь); 3. брызги металла и шлака;
   Georgy	Из первого вывода следует что изучали пылеподавление при вспененной ванне, однако насколько мне известно, основная часть "пыли" образуется в начале продувки, т.е. при зажигании плавки (спель, известь). 1) Из этого следует, что основное пылевыделение происходит при наводке шлака, те режим открытой струи. 2) Из ТУ продувки металла в конверторе - запрещается подача извести в период интенсивного обезуглероживания, т.е. в период вспененного шлака.(исключение-шпат и в малых количествах). Даже если и имеется присадка сыпучих при вспененом шлаке, то мелкие частицы вряд-ли долетают до фурменной зоны (выносятся факелом), а крупные при попадании в шлак ассимилируются в нем (степень зависит от свойств шлака (вязкость, основность и т.д.) и свойств извести, а также температуры). Нерастворенные куски извести покрыты труднорастворимой пленкой 2СаО+SiO2 и вряд-ли являются пылеобразователем 3) Брызги металла и шлака при вспененой ванне, думаю, не могут быть пылью.	Нет, изучалось пылеподавление, во все периоды плавки, однако в данном случае рассматривается период подъема (вспенивания) ванны. 1) Согласно данным различных авторов минимальная запыленность газов 40-50 г/м3 приходиться на начальный и заключительный период плавки. Повышение запыленности отходящих газов в начальный период до 350-240 г/м3 связано с подачей извести и выносом ее мелких фракций. Потери металла в виде брызг и технологической пыли существенно снижаются при ускорении шлакообразования, а применение двухъярусных фурм с отдувом позволяет ускорить последнее. Вы совершенно правы по поводу запрещения подачи извести в период интенсивного обезуглероживания (основной период), в моем предыдущем ответе упоминание о пыли образующейся при подачи сыпучих материалов (извести) было не корректным для данного периода. 2) Также согласно данным тех же авторов основное количество технологической пыли приходиться на основной период плавки 150-200 г/м3, то есть в период интенсивного обезуглероживания (вспенивания ванны). Так образующиеся пузыри СО содержат максимальное количество пыли. Поэтому разрушение этих пузырей позволяет увеличить путь их всплытия как за счет: 1. увеличения уровня подъема ванны; 2. уменьшения скорости всплытия этих пузырей, за счет их разрушения на более мелкие (согласно формуле Стокса); Таким образом, турбулизация пыленесущего потока струями второго яруса и возникающая под воздействием этих струй циркуляция вспененного шлака способствует коагуляции пыли и позволяет эффективно пылеосаждать и утилизировать технологическую пыль вспененным шлаком. 3) Брызги (капли) металла попадают во вспененный шлак в виде корольков и при взаимодействии с кислородом (на пример струи) подвергаются химическому дроблению, которое состоит в том, что при взаимодействии с окислительным газом в капле металла растворяется кислород, взаимодействующий с содержащимся в ней углеродом. Выделение образовавшегося СО носит взрывной характер и приводит к разрыву капли на более мелкие. размером около 40-50 мкм. Это я думаю можно считать пылью.
   Задать вопрос	Вопрос (комментарии) Подпись Ваш e-mail Желательно заполнять все поля формы