К Физической моделе  шлакообразования в конвертере при продувке через дно

Шарандин К.Н. (МЧМ-08бм) Баранник А.В. (МЧМ-06б)

В настоящее время в разработаны и внедрены в производство варианты кислородно-конвертерного процесса с донной продувкой. Результаты эксплуатации таких конвертеров показали несомненные преимущества этого процесса по сравнению с верхней продувкой. Одновременно был выявлен и ряд недостатков процесса донной продувки. Основным является низкое содержание FeO в шлаке в начальный период продувки, в результате замедляется процесс растворения извести, а следовательно и шлакообразование (запаздывающее шлакообразование).

Интенсивному шлакообразования способствует повышение содержания FeO в шлаке. Для рациональной организации режима продувки ванны при подводе донного дутья были проведены исследования на холодной модели 160т конвертера. В работе изучали потоки жидкости, которые образуются в результате различной организации донного дутья (расход: Q=10 – 15 л/мин, давление:   P=0,03 – 0,04 ати). Рабочей гипотезой послужила возможность образования циркуляционных потоков в периферийной зоне конвертерной ванны при их постоянном направлении от центра к стенкам. При этом объем в центре ванны должен обеспечивать минимальное взаимодействие газовых потоков нижнего дутья с реакционными зонами верхнего. Исследования выполнялись при соблюдении динамического подобия процессов и рассчитанном модифицированном критерии Фруда, с учетом плотности газа и жидкости, скорости и характерных размеров. Он был использован для определения характеристик верхней и донных фурм и оптимизации параметров дутья. Геометрические размеры ванны и рабочего пространства определены в соответствии с масштабным коэффициентом.

В ходе исследований выполненных на плоской модели, где оптическое искажения реакционной зоны было минимальным, получены данные. Эти данные показали возможность определенного соотношения расходов верхнего и нижнего дутья, при котором  образующиеся потоки жидкости практически не взаимодействуют.

Следующим шагом, стало наблюдение за гидродинамическим состоянием  жидкой ванны на объемной модел и конвертера (Рисунок). 

В процессе исследований аналогичным образом установлено соотношение параметров верхнего и нижнего дутья с целью не допущения взаимного влияния потоков. Данные полученные на плоской и объемной моделях в достаточной степени совпадают.

Рисунок.  Общее и схематическое направления потоков в жидкой ванне (объемная физическая модель):     - потоки жидкости при верхней продувки,    - потоки жидкости при нижней продувки.

Анализ потоков на моделях  кислородного конвертера позволил выделить параметры верхнего и нижнего дутья, когда изменением расхода и давления дутья можно создать два контура потоков жидкости. Первый контур от периодически применяемой фурмы верхней продувки, второй от постоянно работающих нижних.

Фурма для верхней продувки должна иметь меньший угол раскрытия сопел, чем для ЛД процесса. Это даст резкое повышение содержания FeO в шлаке. Тогда в задачу второго контура потока от донных фурм  входит транспортирование  окисленного шлака с центральной зоны к периферии конвертера.

Таким образом, в ходе исследований дана оценка гидродинамического состояния ванны при различных способах организации дутья неассимилируемым газом при донной продувке. Показано, что эпизодическое (в начальный период плавки) применение верхнего подвода кислорода может существенно ускорить процесс шлакообразования.