Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Карпенко Г.А. Меркер Э.Э. Казаков С.В.

Статья в формате PDF

141 KB

Длительность конвертерной плавки обратно пропорциональна средней плотности теплового потока ( , кВт/м²) на развитую поверхность металла (S_р.з., м²) в барботажной зоне продувки агрегата и определяется по выражению:

,                         (1)

где Δi - необходимое увеличение энтальпии металла по ходу продувки расплава кислородом в конверторе, кВт×ч.

Тепловой поток от струй дожигания оксида углерода (СО) на поверхность зоны продувки равен:

,                              (2)

Где  - коэффициент передачи тепла металлу от струй дожигания;  - суммарный приход тепла от струй дожигания СО при дополнительной подаче кислорода (О₂) над поверхностью металла в зоне продувке, кВт.

После подстановки  из выражения (2) в уравнение (1) для τ_пл получим формулу:

,                    (3)

где , кВт; ρ - плотность газа, кг/м³; значение 10,15×10³ соответствует удельному количеству тепла, выделяемого при сжигании 1 кг СО, кДж/кг.

Из выражения (3) следует, что при постоянных значениях G и Δi длительность плавки заметно снижается (τ_пл), а следовательно и производительность (Р_к) конвертера возрастает с увеличением  и , что свидетельствует об эффективности применения новых [1, 2] фурм для продувки конвертерной ванны двухъярусным потоком кислорода.

Объем оксида углерода (V_CO) дожигаемого в струях О₂, равен удвоенному расходу кислорода, подаваемого над поверхностью металла в зоне продувки (S_р.з.), т.е. , м³/с. В свою очередь расход О₂ на дожигание СО определяется условиями технологии конвертерной плавки [1,3].

При соответствующих параметрах дутьевого режима конвертерной ванны кислородом определяем значение  в системе встречных газовых потоков над зоной продувки по выражению:

          (4)

где ,  и  - теплоусвоенное металлом, эндотермические потери тепла и теплоусвоенное ванной (металлом и шлаком);  - эффективный коэффициент теплопередачи от струй дожигания металлу.

Анализ выражения (4) показывает, что при К_эф=const повышение  и снижения величины  коэффициент , т.е. возрастает, а это способствует снижению τ_пл (ур-е 3) и повышению производительности агрегата (Р_к→max) конвертерного агрегата.

На основе проведенных исследований предложена структура технологической модели и разработан алгоритм расчета параметров конвертерной плавки, позволяющий их прогнозировать по ходу продувки и оптимизировать процессы шлакообразования, нагрева и обезуглероживания металла при различных режимах дутья в агрегате.

Термодинамические расчеты и анализ процесса дожигания СО в конвертере показали, что реакция СО+0,5О2→СО₂ в объеме газошлакометаллической эмульсии является необратимой в интервале до 2000°К в рабочем пространстве конвертера вне барботажной зоны продувки. В том случае, если струи дожигания СО направляются непосредственно на поверхность барботажной зоны продувки, где температура достигает 2500°С, то имеют место значительные тепловые потери в результате диссоциации СО₂, поступающего на поверхность металла, а также за счет эндотермических реакций восстановления СО₂ железом и углеродом при подаче струй дожигания на поверхность металла и его брызг над реакционной зоной.

Следовательно, целесообразным является такой дутьевой режим с дожиганием СО в струях О₂ над зоной продувки, при котором струи дожигания находятся на оптимальном расстоянии от головки фурмы и направляются на поверхность переходной зоны шлак-металл вне объема барботажной зоны продувки в конвертере.

Экспериментальным путем по результатам исследований на 5 т конвертере установлено, что при использовании режима дожигания СО в струях О₂ для соответствующего дутьевого режима продувки конвертерной ванны существует оптимум для зависимости термического к.п.д. дожигания (η_т) от соотношения расходов , Н/Н_ф и r/r₀, где Н - текущее расстояние сопел дожигания относительно Н_ф и r - текущий радиус струи дожигания относительно начального радиуса r₀ струи кислорода, поступающего в зону газошлакометаллической эмульсии на дожигание СО. Экстремальный характер зависимости η_т вызван газодинамическими и теплофизическими свойствами газоструйной системы из О₂ при внедрении струй дожигания на поверхность металла в зоне продувки, заключающиеся в том, что при определенных условиях Σ =const по мере увеличения  возрастают потери тепла  и Q^г_ух, что снижает Q^в_со и η_т при данных значениях Н/Н_ф и r/r₀ в системе встречных газовых потоков.

Таким образом, организация оптимального дутьевого режима конвертерной ванны с применением дополнительного дожигания оксида углерода струями кислорода над поверхностью зоны продувки позволяет интенсифицировать теплопередачу (излучением и конвекцией) от струй дожигания СО над поверхностью барботируемого металла, что способствует повышению производительности и улучшению технико-экономических показателей агрегата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Меркер Э.Э. Карпенко Г.А.. Известия вузов «Черная металлургия». 2000. №4. с. 12-14.
2. Кобеза И.И. Энергосберегающие методы интенсификации сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1988. - 167 с.
3. Меркер Э.Э. Газодинамическая защита зоны продувки в сталеплавильных агрегатах. М.: Металлургия, 1994. - 176 с.

Библиографическая ссылка