РАЗДЕЛ 2
УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ПРОДУВКЕ КОНВЕРТЕРНОЙ ВАННЫ С ЭЛЕМЕНТАМИ ЖИДКОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ
2.1 Техника высокотемпературного моделирования
продувки конвертерной ванны
Задачу высокотемпературного моделирования различных вариантов продувки низкомарганцовистого чугуна кислородными, кислородно-топливными и нейтральными газовыми струями, в том числе с вводом порошкообразных извести, марганец- и углеродсодержащих материалов, а также с добавками кусковых извести, обожженного доломита, плавикового шпата, марганцевого агломерата и угля, решали с использованием установок сталеплавильной лаборатории ДГТУ и отработанной методики постановки высокотемпературных экспериментов [133-35, 147].
При постановке высокотемпературных экспериментов соблюдали геометрическое, физическое и, особенно важно, динамическое подобие в дутьевом режиме модели и образца.
В соответствии с разработками [133-135, 147] условия динамического подобия для различных вариантов продувки конвертерной ванны могут быть представлены в общем случае в виде системы уравнений:
(2.1)
где i - импульс струи индивидуального подвода; ? - угол наклона струи (для донной продувки ? = 0); n - количество сопел (для донной продувки - фурм); m - масса жидкого металла; g - ускорение свободного падения; Н - высота размещения фурмы (для верхней продувки - над уровнем ванны, для боковой - относительно поверхности днища, для донной параметр не учитывается); dвых - выходной диаметр сопла; d0 - диаметр окружности расположения сопел на торце наконечника (для верхней или боковой продувки) или фурм (для донной), для комбинированной (верхне-донной) параметр не учитывается; Dц - диаметр цилиндрической части рабочего пространства конвертера; iосн, iщели - для фурмы типа "труба в трубе" импульс струи центрального подвода и идущей по щели соответственно; индексы 1 и 2 - приняты для комбинированных продувок как отношение одной из комбинаций по отношению к другой соответственно (для верхней продувки с дожиганием - основного потока к дополнительному).
Более подробно основные условия динамического подобия для разных условий продувки рассмотрены в таблице 2.1.
При высокотемпературном моделировании газо-порошковой продувки конвертерной ванны важно соблюдение равенства гранулометрического и химического составов порошкообразного материала для образца и модели, что обусловливает схожесть условий внедрения частиц порошка в жидкий расплав и их взаимодействия с последним. В случае же нахождения критерия Рейнольдса (Re) во второй автомодельной области, что имеет место в реальных реакционных зонах конвертерной ванны, соблюдение строго равенства гранулометрических составов не обязательно [148].
Для обеспечения одинакового с оригиналом температурного хода операции, обусловливающего аналогичность характера поведения ванны при продувке (вспенивание металла и шлака, образование направленных циркуляционных потоков, волн, выбросов и выноса), достаточно соблюдение геометрического, физического и динамического подобия высокотемпературной модели при равном удельном расходе газов на продувку (м3/(т·мин)).
Сохранить тепловое подобие образца модели возможно посредством применения для футеровки агрегата специальных низкотемпературопроводных материалов. В этом случае должно соблюдаться равенство:
, (2.2)
где ?i, ?i - соответственно толщина и теплопроводность i-го слоя футеровки; nобр, nмод - количество слоев футеровки образца и модели соответственно; М - масштаб моделирования (по садке агрегата); ?k - коэффициент теплоотдачи конвекцией в окружающую среду.
С успехом можно применять для компенсации тепловых потерь специально приспособленные индукционные печи тигельного типа [133].
Отличительные особенности постановки высокотемпературного моделирования различных вариантов кислородно-конвертерных процессов легли в основу разработки и создания более совершенной в сравнении с [149] многоцелевой установки для изучения механизма явлений, сопровождающих продувку
Таблица 2.1
Основные условия динамического подобия
различных вариантов продувки конвертерной ванны
Вид продувкиСистема уравненийВерхняя без дожигания (О2 + газо-порошковые струи);
; ; .Верхняя с дожиганием
(О2 основной и дожигание, газо-порошковая);
;
.Донная
(топливно-кислородная); ; .Комбинированная
донно-верхняя
(О2 продувка);
; ;
; .Комбинированная
(О2-сверху, нейтральный газ - днище); ; ;
.Верхне-боковая
(многоструйная);
; ;
; ;
; .Условные обозначения: в, д, б - верхняя, донная и боковая продувки соответственно; О2, П, П.Г. - продувка кислородом, ввод порошкообразных и природного газа для кольцевой защиты фурм; ф - соответствует верхней продувке.
конвертерной ванны. В состав установки входят: 160-кг индукционная печь ИСТ-0,16У4; сменные многоцелевые 60- и 160-кг конвертера, имеющие профиль и размеры рабочего пространства в масштабах соответственно 1:18 и 1:12 по отношению к 250-т конвертерам ОАО ДМКД; одно- и двухконтурные кислородные фурмы для верхней продувки; донные и боковые топливно-кислородные фурмы; механизм перемещения верхней фурмы; топливная форсунка для разогрева технологического оборудования; вытяжное устройство; оборудование для подачи к индукционной печи и конвертерам жидкого и газообразного топлива, кислорода, азота, аргона, сжатого воздуха, воды и порошкообразных материалов; контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура.
В качестве основного сменного конвертера 1 использовался 160-кг агрегат (рис. 2.1), оборудованный при необходимости двумя боковыми (рис. 2.2) и одной донной (рис. 2.3) многосопловыми топливно-кислородными фурмами или только донной многосопловой фурмой подачи азота или аргона. Футеровка конвертера выполнена путем набивки по шаблонам из обожженного магнезитового порошка со связкой на жидком стекле. Уменьшение теплопотерь достигается применением плит каолиновой ваты со слоем листового асбеста
- Київ+380960830922