Авторы: Барановский В.А., Антонов Б.О.
Руководитель: доцент кафедры МС Лебедев Е.Н.
Источник: Металлургия XXI столетия глазами молодых / Материалы Всеукраинской
научно-практической конференции студентов. - Донецк: ДонНТУ, 2012. - с.15 - 17.
Отсечка конечного шлака во время выпуска стали из кислородного конвертера в ковш имеет важное практическое значение. Одним из наиболее распространённых способов предотвращения попадания большого количества шлакового расплава в сталеразливочный ковш является применение специальных отсечных элементов в виде поплавков из огнеупорного материала. Его вводят с помощью манипулятора в ванну конвертера.
Качество работы отсечного устройства шлака определяется рациональной конструкцией поплавка и состоянием верхней торцевой поверхности лётки конвертера. Она наиболее быстро изнашиваемый элемент футеровки, эксплуатируемая в крайне жестком тепловом режиме. Во время выпуска плавки её рабочая поверхность подвергается размывающему воздействию со стороны жидкого металла и шлака.
Для того что бы повысить качество работы отсечного устройства этого типа были выполнены исследования особенностей износа рабочей поверхности лётки. С этой целью был изготовлен фрагмент физической модели (в масштабе 1:6) 160 т кислородного конвертера.
Для улучшения визуализации процесса подкрашивали локальные объёмы воды. Во время истечения жидкости через сталевыпускное отверстие на её поверхности образовывается воронка, в которую затягиваются верхние слои моделирующей жидкости. Эти объёмы двигались в середине общего потока, что отчётливо видно на рисунках 1а и 1б. Дополнительно установлено, что поток в первой трети длины лётки характеризуется визуальными признаками ламинарного движения, а остальные две трети могут характеризоваться признаками турбулентного потока. Также наблюдается увеличение завихрений у выходного отверстия лётки. А из – за особенностей конструкции данного конвертера повышается вероятность смещения плотности потока «металла» к стенки канала со стороны горловины конвертера (рис. 1в). В заключительный момент выпуска происходит относительно равномерное размытие канала, что видно на рисунке 1г.
а б в г
Рисунок 1 – Характер движения потоков «металла» в лётке конвертера во время выпуска
Для подтверждения этого были проведены дополнительные исследования. Лётка конвертера была «футерована» изнутри специально подготовленной размываемой смесью (рис. 2а). Её готовили путём растворения мерного количества сахара в воде. К полученной смеси добавляли набугший загуститель. Визуальная информация о характере изменения внутреннего геометрического размера лётки представлена на рисунке 2б. Здесь видно, что воздействию движущегося потока наиболее подвержена та часть сталевыпускного отверстия, которая расположена ближе к горловине конвертера. Это явление можно объяснить тем, что образовывающаяся воронка вместе с потоком, о котором говорилось ранее, смещается ближе к горловине конвертера относительно центра отверстия, иногда это смещение может быть значительным. Кроме того, на выходе из лётки наблюдается наибольшая степень её износа (рис. 2в).
а б в
Рисунок 2 – Характер износа «футеровки» лётки
Неоднородная структура струи металла и шлака вызывает неравномерный износ канала лётки, её сечение по мере эксплуатации конвертера будет постоянно меняться, и становиться отличным от круглого. Таким образом, эффективность процесса отсечки шлака определяется качеством контактной поверхности лётки и рациональными параметрами поплавка. Для компенсации неровностей места их контакта целесообразно использовать поплавки не с гладкой рабочей поверхностью, а с различными бугорками и неровностями, расположенными в хаотичном порядке.