Теоретический расход воздуха составляет 280—300 м3/т чугуна. Фактически воздуха расходуется несколько больше (300—330 м3/т) из-за потерь в магистрали и неполного использования O2 дутья на окисление примесей чугуна.
Продолжительность продувки определяется ее интенсивностью 1’возд, оптимальное значение которой составляет около 20 м3 (т-мин). Увеличение tB0Зд лимитируется выбросами металла и шлака из конвертера, которые возникают в результате вспучивания ванны при прохождении дутья и СО, подъема волн и их удара о стены конвертера. Выбросы чаще всего образуются в начале второго периода во время резкого ускорения реакции окисления углерода, которое наблюдается при холодном ходе первого периода и накоплении в шлаке большого количества FeO, интенсивно реагирующей затем с углеродом металла в случае повышения температуры.
Для преодоления ферростатического давления столба металла высотой 0,4—0,7 м (предотвращения заливания сопел) избыточное давление должно составлять рИзб = 0,03—0,05 МПа. Фактическое Ризб значительно больше (0,2—0,25 МПа). Оно необходимо для дробления воздуха и металла на мелкие пузырьки и капли. При этом резко увеличивается суммарная поверхность контакта жидкости и воздуха; Sz = 3V’/r, где V — объем пузырей воздуха в металле или капель в струе воздуха; г — их радиус.
В случае продувки снизу повышение давления дутья эффективно лишь до оптимального предела. Чрезмерно высокое давление способствует возрастанию массы эмульгированного в металле шлака, что приводит к частым выбросам, необходимости сокращения интенсивности продувки и к загрязнению металла неметаллическими включениями. Это в свою очередь обусловливает снижение производительности конвертера и ухудшение качества стали.
В. А. Каменский установил, что продуваемая жидкость совершает вращательные и колебательные движения, резонанс которых является одной из причин выбросов. По мнению других исследователей, более существенно на выбросы влияют периодические, иногда взрывообразные ускорения окисления углерода.
При донной продувке развивается циркуляционное движение жидкого металла, направленное снизу вверх в зоне дутья (в объеме, ограниченном цилиндром, проходящим через крайние сопла) и сверху вниз в зоне циркуляции (в объеме, ограниченном зоной дутья и кладкой конвертера). Поперечное сечение зоны циркуляции называется циркуляционным. Оптимальное его значение составляет 0,18—0,2 м2/т садки. При малых значениях удельного циркуляционного сечения снижаются степень усвоения металлом кислорода вдуваемого воздуха, стойкость футеровки и производительность конвертера; при больших уменьшаются размеры зоны продувки, сближаются сопла, что приводит к слиянию струй и выбросам. Существует оптимальное живое сечение сопел, составляющее 13 см2/т садки.
Исследования И. Г. Казанцева позволили установить законы изменения осевой скорости струи воздуха в жидкости при верхней и донной продувках. С увеличением расстояния от сопла х и уменьшением диаметра сопла do, т. е. с ростом числа калибров струи x!/d0, снижается ее безразмерная скорость wjw0, где W0 — скорость на выходе из сопла. Экспериментально установлено, что wx/w0 уменьшается по гиперболическому закону и пологая ветвь гиперболы достигается при л:/с? о~40, wx/wo~0,2 и относительной кинетической энергии струи, равной 0,04. Следовательно, если отношение глубины металла Am к диаметру сопла d0 превышает 40, то вынос капель металла и шлака из конвертера должен быть незначительным.
Обычно Am = 0,4—0,5 м, отношение fa/dо = 40 достигается при Cf0 = 10—12 мм, что не всегда осуществимо, так как изготовить сопла с do^.\2 мм трудно. Повышение hM/d0 за счет Am снижает вынос, но усиливает выбросы из-за приближения ванны к горловине,, увеличение диаметра сопел dc вызывает вынос и выбросы. Установлено, что уменьшению выноса металла способствует увеличение относительного объема рабочего пространства конвертера до 1,2—• 1,4 м3/т садки.