Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ВЫВОД УРАВНЕНИЯ МАССООБМЕНА ПРИ ДОЖИГАНИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА СТРУЯМИ КИСЛОРОДА

Королькова Л.Н. Меркер Э.Э. Никишин К.Н.
Применение процесса дожигания оксида углерода при использовании двухъярусных фурм является высокоэффективным для получения дополнительного тепла, поступающего в ванну. Оксид углерода является чистым источником тепла, т.к. не вызывает повышение содержания азота и серы в стали.

Создаваемая над зоной продувки струйная газодинамической завесы образует локальный объем из которого монооксид углерода удаляется в атмосферу конвертера путем подсоса в систему струй ГДЗ с последующим дожиганием в ней или в результате проскока в межструйное пространство. Эффективность дожигания оксида углерода углерода над зоной продувки при использовании двухъярусной фурмы зависит от соотношения расходов кислорода на продувку и дожигание, расстояния между ярусами сопел фурмы, угла наклона этих сопел и газодинамических свойств струйной завесы. В этой связи представляется важным изучение вопросов массообмена между поднимающимся из зоны продувки потоком {СО}0 и струями ГДЗ.

Особенностью струйной газодинамической завесы является то, что при отсутствии ГДЗ содержание оксида углерода в отходящих газах в полости конвертера над соплами второго яруса фурмы {СО} соответствует значению содержания его в газах над ванной {СО}0. При наличии режима дожигания компонента {СО} меньше {СО}0 вследствие дожигания последней в объеме струйной ГДЗ. Чем выше эффект дожигания оксида углерода в кислородных струях ГДЗ, тем меньше {СО}, т.е. тем выше эффективность газодинамической завесы по дожиганию Θ = 1 - {СО}/{СО}0 и более высоким является коэффициент дожигания оксида углерода над ванной η = СО2/(СО+СО2).

Если дожигание отсутствует ({СО}={СО}0), то параметры Θ и η равны 0. И наоборот, если струи ГДЗ обеспечивают полное дожигание оксида углерода над ванной ({СО}=0), то Θ и η равны 1.

Относительная концентрация оксида углерода при организации дожигания его кислородом определяется в существенной мере газодинамическими свойствами системы струйной ГДЗ и, в частности, коэффициентом массопереноса βСО и температурой. Текущее значение {СО} равно разности {СО}0 и {СО}S. Полагаем, что оксид углерода, подсосанный в струю, окисляется полностью, тогда изменение концентрации СО в объеме конвертера вне системы ГДЗ можно выразить следующим образом (%/с):

f,     (1)

где βСО - коэффициент массоотдачи, м/с; SПОВ/VК - отношение поверхности контакта струй ГДЗ с атмосферой к объему конвертера, м-1; τ - время взаимодействия струй ГДЗ с атмосферой, с.

После интегрирования выражения (1) получим, %:

f(2)

Таким образом, текущее значение {СО} в конвертере зависит от параметров газодинамической завесы и коэффициента массоотдачи. Компонента {СО}0 определяется расчетом или экспериментально и зависит от скорости обезуглероживания конвертерной ванны υС, а величина {СО}S определяется эмпирическим путем.

Коэффициент βСО находим из соотношения турбулентного числа Шервуда (ShТ) и эквивалентного числа Рейнольдса (ReТ) для системы струйных потоков ГДЗ. Можно применить следующее обобщенное критериальное уравнение для потока массы в поперечном сечении турбулентной струи:

f, (3)

где ScT = εTТ - число Шмидта; εT - коэффициент турбулентной вязкости газа, который для основного участка турбулентной осесимметричной струи находится как: εT = 0.031·ωС·dC, м2/с; dC - диаметр сопла, м; ДТ - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с; ReT = ωC·l/νT - число Рейнольдса; ωC - скорость потока газа, м/с; l - характерный размер, м.

Для условий массопередачи в осесимметричной струе величины показателей степеней равны n=0.8 и m=0.33. С учетом этого выражение (3) примет вид:

f. (4)

Коэффициент А определяется экспериментально.

Турбулентное число Шервуда можно выразить следующим образом:

f, (5)

где lC - длина оси струи в системе ГДЗ, м.

Приравняв уравнения (4) и (5) и решив относительно А, получим:

f.            (6)

Площадь поверхности струйной ГДЗ в первом приближении определяется как площадь боковой поверхности усеченного конуса с высотой НС:

f,                             (7)

где Dmax - диаметр зоны продувки, м; dФ - диаметр фурмы, м; α - угол наклона образующей конуса к его высоте.

Значение коэффициента А определяли по данным экспериментов, проведенных на установке горячего моделирования с системой струй ГДЗ. Рассчитанный по полученным результатам коэффициент А равен: А = 0,0435 ± 0,0037.

С учетом вышесказанного, уравнение (4), характеризующее условия массообмена при взаимодействии струйной системы ГДЗ со встречным потоком оксида углерода, примет вид:

f.                  (8)

Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями коэффициента массоотдачи не превышает 10%.

Таким образом, уравнение (8) можно считать приемлемым для условий дожигания оксида углерода кислородными струями ГДЗ.


Библиографическая ссылка

Королькова Л.Н., Меркер Э.Э., Никишин К.Н. ВЫВОД УРАВНЕНИЯ МАССООБМЕНА ПРИ ДОЖИГАНИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА СТРУЯМИ КИСЛОРОДА // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 2. – С. 52-53;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=22279 (дата обращения: 28.03.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074