1.2.2. Продувка снизу | Металлолом

Продувку снизу газовыми струями изучали еще применительно к процессам донного воздушного дутья — бессемеровскому и тома — совскому.

Результаты холодного моделирования показали, что при малых давлениях дутья (6), (1.46)

Где р — постоянная, характеризующая темп смешения для данной пары газ — жидкость. Значение р колеблется в пределах 1,5—4,5, увеличиваясь с ростом давления дутья и уменьшением плотности жидкости. Процесс перемешивания при обычных для практики дав­лениях дутья в основном заканчивается на расстоянии 15—20 ка­либров от сопла.

В результате смешения с газовым потоком эжектированные объемы жидкости дробятся под действием динамического напора газа и превращаются в капли. Размеры капель составляют Ю-5— 10_3 м при высоких давлениях дутья. Они, как и в случае продувки сверху, подобны туману в газовом потоке. Значительная удельная поверхность капель, в частности при продувке жидких Fe — С спла­вов, обеспечивает быстрое расходование кислорода на окисление металла. В продуваемом металле формируются первичная I и вто­ричная II реакционные зоны (рис. 1.11). В пределах первичной зо­ны металл эжектируется в струю окислительного газа 1 и на его сжигание расходуется кислород газа. Образовавшиеся окислы же­леза переходят во вторичную реакционную зону, где, смешиваясь с металлом ванны, окисляют растворенные в нем элементы. Если окисляется углерод, пузыри образующейся окиси углерода всплы­вают на поверхность ванны, вызывая при своем разрушении образо­вание бурунов и всплесков.

Так же, как и при продувке сверху, в агрегатах с донным дуть­ем (кислородным или воздушным) в реакционных зонах периоди­чески образуются большие газовые объемы (по размеру близкие к размеру реакционной зоны), дающие наиболее мощные всплески. Последние являются одной из причин выноса и выбросов жидкости в пространство над ванной. В том случае, когда длина реакционной зоны близка к глубине ванны или больше ее, возникают также «прострелы» ванны газовым потоком (см. рис. 1.9, в), пульсация которого вызывает изменение длины реакционной зоны. Волнооб­разование приводит к колебаниям толщины слоя металла над соп­лом, что обусловливает периодический характер «прострелов». «Простреливающий» ванну газовый поток уносит с собой объемы жидкости, это также служит причиной выноса металла. При нали­чии слоя вспененного шлака всплывание больших газовых объемов и «прострелы» вызывают его выбросы.

Глубина конвертерной ванны должна превышать длину реакци­онной зоны для обеспечения более спокойного хода продувки. Вмес­те с тем чрезмерное (выше оптимальных значений) увеличение тол­щины слоя металла в конвертере также способствует выбросам (уровень вспененной ванны приближается к горловине).

При донной продувке ванны технически чистым кислородом фу­теровка днища быстро изнашивается. Пульсация реакционной зоны вызывает периодическое движение газожидкостной среды реакци­онной зоны, противоположное направлению потока вдуваемого газа, т. е, в сторону футеровки. При продувке кислородом температура фаз в реакционной зоне достигает приблизительно 2500 0C и обрат­ные удары вызывают контакт среды высокой агрессивности с футе­ровкой вокруг сопла. Поэтому для уменьшения скорости износа фу­теровки вокруг центральной кислородной струи создают поток защитной фазы III, подаваемой через кольцевой зазор 2 (см. рис. 1.11, б) и состоящей из восстановительного, диссоциирующего при температурах металла или нейтрального газа. Так как расход защитной среды по объему не должен превышать 5—10 % объема вдуваемого кислорода, ширина кольцевого зазора составляет мак­симум 1—3 мм. Даже в условиях достаточно высокого давления по­даваемой защитной среды длина пути ее смешения с окружающим металлом не превышает 10 см. Указанная длина пути достаточна для изоляции (отдаления) реакционной зоны от футеровки и смяг­чения отрицательного действия обратных ударов. Однако она слишком мала, чтобы существенно сказаться на общей структуре реакционной зоны. В дальнейшем газовый поток разбивается на отдельные пузыри.

Длина реакцибнной зоны продуваемого снизу металла несколько больше, чем при верхнем дутье, что связано в основном с соотноше­нием направлений векторов архимедовых и инерционных сил газо­вого потока. Если в первом случае векторы взаимно противополож­ны, что тормозит проникновение газовой струи в металл, то при донной они направлены в одну сторону.

Длина реакционной зоны может быть описана критериальным вы­ражением (1.37), причем для первичной реакционной зоны k = = 1,66; т=0,394, а для вторичной — соответственно 3,23 и 0,376. Содержание углерода в ванне существенно и неодинаково влияет на длину первичной и вторичной реакционнных зон. Если содержание углерода ниже 0,1 %, длина первичной реакционной зоны макси­мальна, при содержании же углерода 1—3%—минимальна. В случае продувки чугуна ее длина имеет среднее значение. Длина вторичной реакционной зоны с увеличением содержания углерода в металле изменяется симбатно скорости обезуглероживания vc, т. е. высоким скоростям окисления углерода соответствует максималь­ная длина зоны, а низким — минимальная.

Максимальный диаметр реакционной зоны в рассматриваемом случае меньше, чем при донной продувке. Он может быть описан выражением типа

Djdsbn = khxm, (1.47)

Где k и tn — некоторые постоянные. Для первичной реакционной зоны fe = 2,29, т=0,33, а для вторичной — соответственно 3,47 и 0,313. Величины диаметров первичной и вторичной реакционных зон зависят от содержания углерода в продуваемом металле: они ми­нимальны, если [С] ^0,1 %, с увеличением содержания углерода в металле растут и при концентрации углерода [С]=1—3 % дос­тигают максимума. Таким образом, диаметры реакционных зон из­меняются симбатно скорости окисления углерода vc.

В обычных условиях донной продувки (цилиндрические сопла, давление дутья более 0,2 МПа) окислительный газ входит в ванну сжатым и резко расширяется на начальном участке. В связи с этим диаметр реакционной зоны внизу ванны («корень» зоны) сущест­венно больше диаметра соп­ла d вых-

При донной продувке возду­хом количество сопел в днище, как отмечено выше, весьма вели­ко, а их диаметр небольшой. Если днище игольчатого типа, то рас­стояние между соплами составля­ет 5—20 калибров, а для фурмен­ных днищ оно снижается до пяти калибров в пределах фурмы. Сопоставление этих размеров с соот­ветствующей величиной диаметра реакционной зоны позволяет предположить, что реакционные зоны одной фурмы в значительной степени сливаются. При этом повышается вероятность возникнове­ния «прострела» ванны газовым потоком, увеличиваются размеры всплывающих газовых объемов, высота всплесков металла и ин­тенсивность его выноса. Для днищ игольчатого типа возможно лишь частичное наложение соседних реакционных зон. В этом случае указанные отрицательные последствия слияния значительно ослаб­ляются.

При донной кислородной продувке расстояния между соплами достигают 20—25 калибров, что позволяет обеспечивать достаточ­ную степень разведения образующихся реакционных зон и спокой­ную продувку.

1.2.3. Боковая продувка

Схема реакционной зоны при боковой продувке представлена на рис. 1.12. Совместное действие динамического напора газового потока с горизонтальным вектором и подъемной архимедовой силы, направленной вертикально вверх, приводит к искривлению зоны взаимодействия газовой струи с жидкостью. По мере удаления от среза сопла 1 в ванну 2 и уменьшения динамического напора в ре­зультате смешения газа с жидкостью удельное значение подъемной силы возрастает и искривление зоны увеличивается.

Процессы в первичной зоне I аналогичны описанным выше для верхней и донной продувки. Во вторичной зоне II окисляются при­меси и периодически выделяются отдельные крупные газовые объе­мы 3, вызывающие на поверхности ванны образование буруна и всплесков. Таким образом, периодическое образование и движение вверх больших газовых объемов в реакционной зоне наблюдается при любом способе продувки, т. е. представляет собой универсаль­ное явление.

Рис. 1.12. Схема реакционной зоны при боковой продувке

Длина реакционной зоны описывается выражениями типа (1.37) со следующими значениями коэффициентов: для первичной реакци­онной зоны L1 /г = 4, т = 0,35, а для вторичной L k = 4,27, яг=0,328.

Физико-химические явления в реакционной зоне во многом оп­ределяют механизм реакций конвертерных процессов и технологию плавки.

Scroll to Top