Влияние конвекции на удаление неметаллических включений

Лабораторными и промышленными экспериментами показано, что кон­вективные потоки в жидком металле улучшают условия для удаления неметаллических включений. С ростом интенсивности конвективного перемешивания увеличивается частота столкновений между включения­ми, приводящая к укрупнению частиц, растет вероятность выхода вклю­чений к поверхности раздела металл – шлак, увеличивается частота прилипания включений к футеровке и т. д. Этот процесс протекает осо­бенно интенсивно в период кипения жидкой ванны. Скорость конвек­тивных потоков (м/с) в различных металлургических агрегатах приве­дена ниже:

Мартеновская печь 0,1–1 Индукционная печь 3–8

Кислородный кон- ЭШП 0,05–0,10

вертер 1–2 ВДП, ПДП, ЭЛП 0,05–0,20

Дуговая электро- Ковш 0,05–0,50

печь 0,5–1 Изложница. 10^-3–10

Количественная сторона вопроса о влиянии перемешивания на уда­ление включений изучена недостаточно. Это в первую очередь связано с тем, что сталеплавильная ванна относится к числу гидродинамически неопределенных задач. Закономерности распределения скоростей пото­ков жидкого металла и шлака в сталеплавильной ванне в большинстве случаев неизвестны. Они сложны, и их трудно количественно описать. Имеющиеся в литературе уравнения носят эмпирический или полуэмпи­рический характер. Например, учет конвективного переноса для верти­кальной составляющей скорости приводит к появлению поправочного слагаемого в уравнении (5) (v_M – скорость движения ме­талла; γ – угол между вертикалью и направлением вектора скорости движения металла). По расчетам авторов работы для включений размерами 10–70 мкм конвективное слагаемое превалирует над стоксовским, если v_м cos γ >0,046–2,27 мм/с. Принимая во внимание ско­рости движения, наблюдаемые на практике, следует отметить, что про­цессы удаления включений будут в основном определяться конвектив­ным массопереносом. Однако положительное влияние турбулизации име­ет предел, превышение которого вызывает повторное вовлечение вклю­чений в жидкий металл.

Практика показывает, что при кипении ванны и обильном газовы­делении происходит интенсивное удаление неметаллических включений. Это связано с улучшением условий укрупнения включений и их доставки на границу раздела металл – шлак вследствие развитой кон­векции, а главное – удаления флотацией. Включения прилипают к всплывающим пузырям и выносятся на поверхность. При расчете ра­боты прилипания включений к пузырям газа W нужно учитывать раз­мер включений. Неметаллические включения малых размеров легче прилипают, чем крупные. Существенное влияние на величину W оказы­вает 6. При небольших краевых углах смачивания необходимо затра-

тить меньшую работу . Авторы работы рассматривают три возможных механизма прилипания неметаллических включений к по­верхности всплывающих пузырей СО: инерция, зацепление и миграция включений. Расчеты показывают, что для мелких включений (r < 1мкм) преобладающим механизмом осаждения является диффузия из турбу­лентного потока, для частиц радиусом r<10 мкм – зацепление и для более крупных – инерционное отклонение от линии тока.