О возможности повышения степени дожигания монооксида углерода (СО) в рабочем пространстве конвертера свидетельствуют опытные данные работ [4,5].
В работах [1,2,5] сформулированы основные условия протекания реакции горения СО в конвертере: 2СО+О2 = 2СО2 + Q1, главными из которых являются следующие:
- образование «свищевых» и канальных выходов отходящих из зоны продувки газов;
- наличие свободного пространства для горения СО в агрегате;
- формирование в конвертере очагов горения СО путем координации потока кислорода (О2) для продувки металла и для дожигания СО под шлаком;
- создание дозвуковых потоков О2 для дожигания СО со скоростями, близкими к скорости распространения фронта горения СО (около 10-15 м/с);
- наличие высокоэффективных конструкций двухъярусных фурм для продувки металла и дожигания СО кислородом.
Особенностью применения двухъярусных фурм [1,4] в конвертерах является то, что они позволяют осуществлять раздельную автономную подачу О2 на продувку металла со сверхзвуковыми скоростями через сопла Лаваля [2,4] и на дожигание СО струями О2 с дозвуковыми скоростями истечения [1,3].
Экспериментально установлено [2], что сверхзвуковые струи О2 практически не взаимодействуют с СО над зоной продувки при использовании многосопловой фурмы. Исследования показали [1,2], что при использовании дозвуковых режимов истечения струй О2 на дожигание СО позволяет повысить теплоусвоение металла за счет увеличения степени (~ 4-5 раз) дожигания СО над зоной продувки агрегата. В работе [5] по данным текущего газового анализа плавок на 160 т и 300 т конвертерах были рассчитаны степени дожигания СО по ходу продувки, из которых следует, что степень дожигания СО в отходящих газах (ηсо, %) по ходу продувки металла существенно изменяется. Максимальная фактическая степень дожигания (ηсо = 39,6 %) получена в начальный период плавки. В остальные периоды плавки значение ηсо меньше равновесной примерно в 2 раза, что свидетельствует о значительных кинетических трудностях протекания реакции горения СО в конвертере. Следует отметить, однако, что условия в первый период плавки в целом благоприятны: невысокие температуры, большое количество свободного О2 в атмосфере агрегата, низкий уровень металлогазошлаковой эмульсии, незначительные скорости движения пузырьков СО. По мере развития скорости окисления углерода и повышения температуры металла сумма СО+СО2 в отходящих газах достигает 75-80%, но степень дожигания СО составила всего 6%. Это вызвано, с одной стороны, канальным («свищевым») ходом в шлаке отходящих из ванны газов, а с другой, нехваткой О2 на дожигание СО из-за расходование его в основном на окисление углерода и других примесей металла. Учитывая, что в период интенсивного обезуглероживания металла основной поток СО пронизывает окисленный шлак, целесообразно рассмотреть возможную реакцию образования СО2 в конвертере, т.е. СО + (FeO) = CО2 + Feж.
В кислородно-конвертерном процессе скорость последней реакции в шлаке должна быть достаточно высокой, из-за сильно развитой межфазной поверхности металлошлаковая эмульсия - пузырьки СО.
Для плавок с меньшим расходом жидкого чугуна в металлошихте фактические значения дожигания СО на протяжении всего периода продувки существенно ближе к равновесным значениям реакции горения СО в шлаке.
Благоприятные условия протекания реакции горения СО создаются как в начале так и в конце продувки, что связано с меньшим влиянием вспененного шлака.
В середине продувки (при Vc → max) условия для дожигания СО при использовании типовой фурмы неблагоприятны: количество образующегося СО наибольшее, они образуют «свищевой» выход [2] газов вокруг фурмы, не успевая в достаточной степени прореагировать с окислами железа в шлаке, степень дожигания (ηсо → min) минимальна.
Существенные возможности повышения степени дожигания СО в условиях «свищевого» и «канального» выхода газов создаются при использовании конструкции двухъярусной фурмы [1,4]. Вместо фактически ηсо ≤ 8,5 % в существующих [5] представляется возможным достигнуть равновесных температур и ηсо ≥ 20%. При этом практически устраняется канальный выход газов вокруг фурмы, происходит более полное перемешивание [1,2] газа СО со шлаком, а повышенная его окисленность ускоряет процесс наводки шлака.
Из опытных данных для 250 т конвертера [1] следует вывод о том, что при использовании двухъярусной фурмы [3,4] содержание СО2 в отходящих газах превышает в 1,5-2 раза значения СО2 для режимов продувки с использованием типовой фурмы [5].
Таким образом, при использовании для продувки двухъярусной фурмы с кольцевым расположением сопел для подачи О2 на дожигание СО над зоной продувки [1,4] повышается приход тепла примерно на 75 МДж/т стали [5] и возрастает доля лома на 36,4 кг/т стали.
Выводы. Газовый анализ промышленных плавок 160 т и 300 т конвертеров свидетельствуют о низкой степени реализации термодинамического потенциала процесса дожигания СО при использовании типовой фурмы даже для реакции СО + (FeO) = CО2 + Feж, т.е. он используется меньше, чем на половину. При использовании двухъярусной фурмы для продувки металла и дожигания СО степень дожигания возрастает почти в 2 раза, что увеличивает приход тепла для нагрева ванны и повышается расход лома на плавку, а следовательно, снижается расход чугуна на процесс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. Эффективность кислородно-конвертерных процессов производства стали с дожиганием оксида углерода в отходящих газах. // Изв. ВУЗов «Черная металлургия». №4, 2000. С. 12-14.
- Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. Исследование взаимодействия кислородных струй с отходящими конвертерными газами // Изв. ВУЗов «Черная металлургия». №10, 1996. С. 5-9.
- Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Комаров С.В. // Конвертерный процесс с комбинированным дутьем. М.: Металлургия. - 1991. С. 185.
- Чернятевич А.Г., Гензер Л.А., Айзатулов Р.С. и др. Комбинированная продувка в конвертерах с использованием двухъярусной фурмы. // Изв. ВУЗов «Черная металлургия». №7, 1988. С. 48-51.
- Морозова Т.Г., Косьянович О.С. в сб. научных трудов «Современная металлургия начала нового тысячелетия». ч. 3, г. Липецк, ЛГТУ. 2005. С. 28-32.