Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

Карпенко Г.А., Меркер Э.Э.

Тепловая работа конвертерной ванны определяется уровнем теплогенерации в зоне взаимодействия кислородных струй дутья [1,2] с жидким металлом и интенсификацией теплообмена вблизи его поверхности при использовании [3,4] дополнительного источника тепла от дожигания оксида углерода (СО) кислородом (О2) в системе встречных потоков.

Длительность конвертерной плавки (пл, час) по ходу продувки металла кислородом при использовании двухъярусной фурмы с отдувом [4,5] обратно пропорциональна средней плотности теплового потока ( f, кВт/м2) на развитую поверхность металла (Sр.з, м2) в зоне продувки ванны [2,4].

f                                    (1)

где G - масса металла, т; Δi - необходимое увеличение энтальпии по ходу продувки, кВт×ч/т.

Поверхность реакционной зоны продувки, которая связана с глубиной погружения струй О2 в металл  f, находили в соответствии с выражением

f,                      (2)

где d0 и dx - диаметр струи О2 на выходе из сопла головки фурмы и в зоне встречи ее с поверхностью металла, м; Ar0, n - критерий Архимеда и количество дутья.

Из анализа выражений (1) и (2) следует, что снижение длительности плавки по ходу продувки конвертерной ванны массой G с теплосодержанием Δi возможно путем увеличения Sр.з и  f, т.е. с одной стороны воздействием на параметры режима продувки ( f - интенсивность продувки, м3/(т×мин), Нф - положение фурмы над металлом, м; количеством струй, n, и др.), а с другой стороны, повышением уровня теплонапряженности (f ) над зоной продувки конвертера.

Эффективность режима дожигания СО струями О2 в системе ВГП оценивали параметрами ηСО = СО2 / (СО2 + СО) - к.п.д. дожигания СО и f, где Кэф - эффективность теплопередачи, f - доля энергии дожигания СО, переданная ванне; f - тепловой эффект горения СО в струях О2, кДж/м3, СО и СО2 - состав отходящих из конвертера газов, %.

При организации дожигания СО струями О2 в этих условиях, т.е. при заглублении факелов дожигания во вспененный шлак механизм теплопередачи протекает при погружном горении, отличающийся высокой эффективностью теплообмена (Кэф → 1), т.е. шлаковая ванна нагревается со скоростью 20...30 град/мин и за счет более интенсивной ее циркуляции тепло передается металлу. К тому же теплообмен между шлаком и ванной металла ускоряется также за счет выбрасывания из зоны продувки капель (брызг) металла в шлак с газами с последующим их оседанием в металл при более высокой температуре, что подтверждается следующим анализом.

Если, например, скорость нагрева шлака Vt, то скорость поступления в него тепла от дожигания СО составит:

Qшл = Vt×Мш×Сш, где Мш и Сш - масса шлака и его удельная теплоемкость. При скорости поступления капель (брызг) металла в шлак Gк их массовая доля в шлаке будет «К», то масса Мк металлических капель в шлаке составит Мк = Мш×К. Тогда продолжительность τк пребывания капель металла будет τк = Мк/Gк, а уровень нагрева их за время пребывания составит Δtк = Vt×τк, °С. Отсюда перенос тепла при оседании капель в ванну составит Qк = Gк×τк×См, где См - удельная теплоемкость капель металла.

На основе совместного рассмотрения этих равенств имеем соотношение:

f.         (3)

Установлено, что с увеличением расхода О2 в струях ВГП, идущего на дожигание СО возрастает величина Qк из-за оседания в шлаке большего количества капель (брызг) металла, чем при типовой продувке конвертерной ванны, т.е. без использования двухъярусной фурмы [2,3].

Уровень погружения сопел дожигания (Нс, м) в объеме вспененного шлака влияет на температуру факелов дожигания СО (f , °С) в соответствии с выражением:

f,                  (4)

где Ar - число Архимеда для струй О2 в системе ВГП; Тш - усредненная температура шлаковой ванны, К.

Анализ выражения (4) показывает, что уже при незначительном (до 2...4 калибров) затоплении сопел отдува двухъярусной фурмы шлаком в объеме ГШМЭ и повышении Ar достигается максимальное использование (Кэф → 1), выделяющегося при дожигании СО тепла.

Уровень теплопоглощения конвертерной ванны ( f) определяет длительность плавки стали (τпл) и производительность (Рп) агрегата

f              (5)

где (QΣ×ηкпт) - удельное теплоусвоение ванны в единицу времени, МДж/ч; f, где f - тепло экзотермических реакций, f - тепло от дожигания СО и Qк - приход тепа от возвращения капель (брызг) в ванну; f - средняя теплоемкость металла и шлака в конвертере.

Коэффициент полезного теплоиспользования конвертера равен:

f  (6)

где f - потери тепла с уходящими газами и пылью; qпот - удельные потери тепла через футеровку агрегата.

Анализ приведенных выражений (6) и (7) показывает, что при использовании режима дожигания СО струями О2 системы ВГП в объеме ГШМЭ параметры Vt (°C/мин), f и Qк существенно возрастают, что интенсифицирует теплообмен между шлаком и металлом, что способствует повышению показателей конвертерного процесса ηкпт, τпл и Рп.

Таким образом, концепция применения двухъярусных фурм с отдувом для интенсификации тепловых и технологических процессов плавки стали в кислородно-конвертерных агрегатах различного конструктивного типа представляется обоснованной и целесообразной при оптимизации режима дожигания СО струями О2 в системе ВГП с учетом влияния шлака.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Глинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. - М.: Металлургия, 1970. - 408 с.
  2. Явойский В.И., Дорофеев Г.А., Повх И.Л. Теория продувки сталеплавильной ванны. - М.: Металлургия, 1974, - 497 с.
  3. Лузгин В.П., Меркер Э.Э. Эффективность работы мартеновских печей.- М.: Металлургия, 1992. - 144 с.
  4. Меркер Э.Э. Газодинамическая защита зоны продувки в сталеплавильных агрегатах. - М.: Металлургия, 1994. - 176 с.
  5. Кобеза И.И. Энергосберегающие методы интенсификации сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1988. - 167 с.