2.14. Перемішування ванни
Деякі з гідродинамічних процесів, розглянутих вище, - утворення сплесків, спливання газових бульб, забезпечують перемішування конвертерної ванни, що усуває її нерівномірність, за складом і температурою, яка виникає в результаті рафінувальних процесів.
При донній продувці із окремо діючих дуттєвих пристроїв зона взаємодії (газова бульба) утворюється у придонному шарі протягом деякого часу τбул, а об'єм бульби буде
де q - витрати дуття на один дуттєвий пристрій; Cq2 - частка кисню в дутті по об'єму;: Т - температура ванни, К.
Потенціальна енергія газових бульб приблизно дорівнюватиме
де рм - густинність металу. При спливанні бульби вона перетворюється у кінетичну енергію рухомого металу і на виході із ванни
де wM - наведена по перерізу бульби швидкість руху металу.
Із рівняння Епот - Екін одержимо, що середня по площі руху швидкість руху металу
буде
Тоді потік металу на кожну зону взаємодії складе
і
тривалість одного циклу перемішування
конвертерної ванни буде
де
пз - кількість зон взаємодії; Мм - маса
металу.
При продувці знизу із близько розташованих по площі дуттєвих пристроїв можна використовувати аналогічний хід міркувань, але припускаючи, що існує наведена по площі дуття Fg швидкість газового потоку w . Тоді потенціальна енергія газу буде
кінетична енергія дуття металу, що рухається через площу, при виході із ванни
Розв'язуючи спільно (2.166) і (2.167), одержимо
Розрахунки за цими схемами показують, що тривалість циклу перемішування становить Юсу першому і менше - у другому випадку.
Якщо швидкість окислення вуглецю становить 0,3%/хв, а для ідеального змішування необхідно гс , то різниця концентрацій вуглецю в різних точках конвертерної ванни буде до 0,05% у першому і 0,015% - у другому випадку.
Якщо середня швидкість підвищення температури ванни за продувку становить 0,3°С/с, то різниця температур буде 3°С у першому і 1 °С - у другому випадку.
При верхній продувці перемішування відбувається в результаті викиду металу із зони взаємодії в об'єм ванни, що відбувається з періодичністю г§, яка може бути розрахована за наведеними вище виразами. Тривалість циклу перемішування при верхній продувці -приблизно 1 хв, що створює нерівномірність складу ванни, наприклад, по вуглецеві - 0,3%, а по температурі - до 20°С.
Завдяки досить високому вмісту кисню в конвертерній ванні вона закипає у точці Д (див. рис. 2.16), коли, внаслідок зниження вмісту вуглецю нижче критичного, в неї починає надходити невикористаний кисень дуття. При цьому швидкість окислення вуглецю становить близько 10% від швидкості вигоряння вуглецю у зоні взаємодії, тобто близько 0,03%/хв, що прирівнюється і перевищує швидкість окислення вуглецю в мартенівській печі.
Для розрахунку перемішування, викликаного кипінням конвертерної ванни, може бути використана друга схема, що грунтується на принципі наведеної швидкості руху газу:
де Fдн - площа днища конвертера.
Розрахунки за (2.171 }-(2.174) показують, що тривалість циклу перемішування конвертерної ванни при її кипінні - менше 1 с, як і при донній продувці, що значно ефективніше, ніж без нього.