Лекція 7. Взаємодія струменя кисню з розплавом

7.1 Питома інтенсивність продувки киснем

У нових цехах = 4-5 м³/(тхв.), у старих – 2,5-3 м³/(тхв.). У ході, як правило, не змінюється. Практично виконується рівняння

 _пр= const,

де _пр – тривалість продувки, хв.

Тому підвищуючи можливо зменшити час дії агресивних рідких розплавів на футеровку, зростає її стійкість і продуктивність агрегату. Проте при  5 м³/(тхв.) тривалість продувки вже неістотно впливає на тривалість циклу плавки, бо загальна тривалість допоміжних операцій становить не менш як 15 хв., але збільшується ймовірність неповного розчинення брухту, дорожчає газовідвідний тракт, який має пропустити зростаючу кількість конверторних газів. Економічна межа інтенсифікації – до 5 м³/(тхв.).

Крім того, інтенсифікація продувки супроводжується збільшенням кількості сопел у кисневої фурми, що може бути недоцільним.

7.2 Взаємодія струменя кисню з розплавом

Сопло Лаваля є короткою насадкою змінного перерізу. Розширення кисня в соплі і його витікання здійснюються практично без теплообміну з навколишнім середовищем, тобто адіабатичне. Швидкість витікання кисню із сопла

, ( 1 )

де К – показник адіабати (для кисню К = 1,4);

Р₀, ₀ - тиск і густина газу перед соплом, МПа;

Р – тиск навколишнього середовища, в яке витікає кисень, МПа.

Характер зміни швидкості струменя кисню залежно від тиску перед соплом показано на рисунку 4, із якого випливає, що коливання швидкості мають мінімальне значення при роботі на тисках кисню  1,0 МПа.

Кисневий струмінь на виході із сопла розширюється (рисунок 5) і складається з двох ділянок – початкової (І0, в якій швидкість на осі струменя дорівнює швидкості на виході із сопла (довжина ділянки 4-5 d₀), і основної (ІІ). Для основної ділянки струменя , що діє на металеву ванну, швидкість по осі W_х зменьшується зі збільшенням відстані х. Проте ця картина має сприйматися як наближена. У робочому просторі конвертера холодний струмінь кисню (T -150^оС) надходить до середовища нагрітих (T -1500 ^оС) конвертерних газів, що складаються в основному із СО. Експеримент довів, що на відстані 15-20 калібрів (х/d₀) від сопла температура досягає 1300-1600 ^оС, а вміст СО₂ дорівнює 20-25 %. Отже, у порожнині конвертера кисневий струмінь є факелом, в якому горять СО і краплі металу, що викидаються з ванни, а його швидкість і вміст кисню визначаються відстанню від сопла до рівня металу, вираженого в калібрах (х/d₀).

Практично взаємодія кисневого струменя із залізовуглецевим розплавом може здійснюватися у таких режимах:

1. Режим стабільного відкритого кратера з кільцеподібними хвилями навколо нього без пульсації на глибині та ширині кратера.

2. Режим рухомого відкритого кратера, вісь якого зсунута відносно осі струменя з більш турбулізованою поверхнею, на краях кратера з’являються сплески металу, які відкидаються в бік, подрібнюючись на краплі; пульсація кратера ще не істотна.

3. Режим “запалювання”, що характеризується інтенсивним розвитком пило- і бризкоутворення, потраплянням бризок і сплесків металу в зону кисневого струменя, роздрібнення їх та спалювання у потоці кисню з подальшим залученням продуктів реакції в ванну і виходу газів із відкритої реакційної зони суцільним потоком, що змінює положення відносно осі струменя хаотично. Пульсація реакційної зони по ширині та глибині досягає 10-15 % їх максимальних значень.

4. Режим глибокого проникнення кисневого струменя в розплав з інтенсивним залученням об’єму металу в кисневий струмінь, з розвиненою пульсацією реакційної зони (до 20-25 %), сплескуванням країв кратера та періодичним виділенням об’ємів оксидів вуглецю в різних містах.

За наявності шлаку – це режим заглибленого струменя із розташуванням газошлакометалевої емульсії вище зрізу кисневої фурми та періодичними проривами газу, коли рівень емульсії знижується.

5.Режим “жорсткого” продування при подальшому опусканні кисневої фурмі, коли шлак звертається, відтиснюється потоком оксиду вуглецю до футеровки та подальшим продуванням чистого дзеркала металу з інтенсивним виносом бризок назустріч кисневому потоку, заметалюванням кисневої фурми, горловини конвертера і поверхні охолоджувача конвертерних газів /ОКГ/.