д.т.н., профессор кафедры металлургии черных металлов и химической технологии
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Engineering
магистрант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии
Master's student of the Department of Ferrous Metallurgy and Chemical Engineering
к.т.н., с.н.с. лаборатории электронной микроскопии и обработки изображений
Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Electron Microscopy and Image Processing
Высокотемпературные экспериментальные исследования, выполненные с использованием двухкамерных моделей кислородных конвертеров, посвящены анализу и изучению процессов в конвертерной ванне при различных режимах комбинированной продувки с подачей через днище перемешивающего нейтрального газа. При обработке экспериментальных данных установлены значения изменения переходных и критических концентраций углерода в расплаве в зависимости от условий и особенностей режима продувки, высоты расположения кислородной фурмы и схемы размещения сопел в днище. Донная продувка нейтральным газом с расходом 0,05 – 0,20 м3/(т∙мин) при улучшении перемешивания ванны способствует снижению переходных концентраций углерода в интервале с 0,9 – 1,2 % для условий верхней продувки до 0,4 – 0,5 % при комбинированной продувке, начиная с которых неиспользованный на окисление примесей в реакционной зоне кислород начинает интенсивно поступать в объем расплава. На основании полученных экспериментальных данных для определения коэффициентов массопереноса в расплаве выполнена оценка эффективных коэффициентов диффузии углерода для различных условий и периодов плавки в зависимости от установившихся параметров циркуляции расплава и характерных размеров сталеплавильной ванны с использованием принятых допущений и использования аналитических моделей, полученных при анализе формы реакционной зоны и особенностей взаимодействия газовых струй с расплавом. Получены формулы и выполнены расчеты характеристик массообменных процессов в конвертерной ванне после снижения концентрации углерода ниже переходных значений, определенных экспериментально. Получены значения эффективных коэффициентов диффузии для лабораторных конвертеров, которые составляют 20 – 270 см2/с с пересчетом на характеристики промышленных конвертеров емкостью 160 т, которые составляют 800 – 2700 см2/с. Полученная информация может быть использована для оптимизации конструкций агрегатов и технологии комбинированной продувки.
High-temperature experimental studies performed using two-chamber models of oxygen converters are devoted to the analysis and study of processes in a converter bath under various modes of combined purging with the supply of mixing neutral gas through the bottom. During the processing of experimental data, the values of changes in the transient and critical carbon concentrations in the melt were determined depending on the conditions and especially the purge mode, the height of the oxygen tuyere and the layout of the nozzles in the bottom. Bottom purging with neutral gas with a flow rate of 0.05 – 0.20 m3/(t∙min), while improving the mixing of the bath, reduces the transient carbon concentrations in the range from 0.9 ‒ 1.2 % for upper purging conditions to 0.4 – 0.5 % for combined purging, starting from which oxygen unused for the oxidation of impurities in the reaction zone begins to intensively calculate the volume of the melt. Based on the experimental data obtained to determine the mass transfer coefficients in the melt, the effective carbon diffusion coefficients for various melting conditions and periods were estimated depending on the steady-state melt circulation parameters and the characteristic dimensions of the steelmaking bath using accepted assumptions and using analytical models obtained by analyzing the shape of the reaction zone and the interaction of gas jets with the melt. Calculation formulas have been obtained and calculations of the characteristics of mass transfer processes in a conversion bath have been performed after reducing the carbon concentration below the transition values determined experimentally. The values of effective diffusion coefficients for laboratory converters have been obtained, which are 20 ‒ 270 cm2/s, based on the characteristics of industrial converters with a capacity of 160 tons, which are 800 ‒ 2700 cm2/s. The information obtained can be used to optimize the designs of aggregates and the technology of combined purging.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.