Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Королькова Л.Н. Меркер Э.Э. Никишин К.Н.

Статья в формате PDF

139 KB

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 β_СО 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):

,     (1)

где β_СО - коэффициент массоотдачи, м/с; S_ПОВ/V_К - 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, %:

(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 υ_С, а величина {СО}_S определяется эмпирическим путем.

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

, (3)

где Sc_T = ε_T/Д_Т - число Шмидта; ε_T - коэффициент турбулентной вязкости газа, который для основного участка турбулентной осесимметричной струи находится как: ε_T = 0.031·ω_С·d_C, м²/с; d_C - диаметр сопла, м; Д_Т - коэффициент турбулентной диффузии, м²/с; Re_T = ω_C·l/ν_T - число Рейнольдса; ω_C - 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:

. (4)

Коэффициент А определяется экспериментально.

Турбулентное число Шервуда можно выразить следующим образом:

, (5)

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

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

.            (6)

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

,                             (7)

где D_max - диаметр зоны продувки, м; d_Ф - 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:

.                  (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