МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАНЕСЕНИИ ШЛАКОВОГО ГАРНИСАЖА НА ФУТЕРОВКУ КОНВЕРТЕРА

На основе топологического метода сформирована математическая модель процесса ошлакования футеровки кислородного конвертера с применением специальной гарнисажной фурмы. Построена диаграмма связей системы фурма – газопорошковая смесь – шлак – футеровка конвертера, на основании которой получена аналитическая форма рассматриваемой модели в виде системы уравнений. Аналитические уравнения после их приведения к каноническому виду позволяют моделировать динамику основных параметров нанесения шлакового гарнисажа по ходу процесса. С использованием разработанной модели применительно к условиям промышленного большегрузного конвертера определены расчетные изменения давления и расхода газа по участкам подводящих трубопроводов и фурмы, а также скорости движения шлаковой эмульсии при реализации процесса ошлакования футеровки. Сравнительный анализ расчетных значений параметров процесса нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера с измеренными фактическими значениями параметров работы промышленного конвертерного агрегата подтвердил адекватность разработанной модели. По результатам моделирования определены закономерности изменения давления и расхода азота, скорости движения шлака по ходу процесса ошлакования футеровки, которые свидетельствуют о наличии режима работы с периодом пульсаций порядка 3 с и присутствием периодического изменения амплитуд. Полученные результаты численного моделирования являются теоретической базой для совершенствования технологических режимов газопорошковой раздувки шлака на стенки конвертера с целью повышения показателей качества формируемого гарнисажного покрытия, снижения энергетических и материальных затрат.

1. Bugakov M.N., Eremeev A.A., Shchepetova E.A. New experience: increasing the durability of converter lining. Metallurgist. 2024;68(4):493–496. https://doi.org/10.1007/s11015-024-01751-0

2. Метелкин А.А., Шешуков О.Ю., Левчук В.В., Савельев М.В., Котляров А.А., Шевченко О.И. К вопросу об оптимальной стойкости футеровки конвертеров. Теория и технология металлургиче-ского производства. 2017;2(21):7–10.

3. Серова Л.В., Чудинова Е.В., Хороших М.А. Разработка критериев оценки качества пе-риклазоуглеродистых огнеупоров и их влияние на повышение стойкости футеровок конвертеров. Черные металлы. 2015;(5):21–23.

4. Visloguzova E.A., Kashcheev I.D., Zemlyanoi K.G. Analysis of the effect of periclase-carbon re-fractory quality on converter lining life. Re-fractories and Industrial Ceramics. 2013;54(2):83–87. https://doi.org/10.1007/s11148-013-9553-3

5. Kharlashin P.S., Larionov A.A., Kharin A.K., Chemeris N.O. Theory and practice of flame torcreting a 160-ton oxygen converter lining. Refractories and Industrial Ceramics. 2010;51(4):223–227. https://doi.org/10.1007/s11148-010-9295-4

6. Sidorov E.V., Kochubeev Yu.N., Borisova Yu.A., Murashko E.V., Bosyakova N.A. Torcrete mix of basic composition for converter lining. Re-fractories and Industrial Ceramics. 2011;51(6):408–410. https://doi.org/10.1007/s11148-011-9338-5

7. Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Потапова М.В., Потапов М.Г., Юдина С.В. Технологическая оценка влияния гарнисажа на параметры плавки стали в конвертере. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019;75(5):583–589.

8. Вислогузова Э.А., Устенко А.С. Опыт ис-пользования MgO-содержащих материалов для наведения гарнисажа на футеровку кон-вертеров. Новые огнеупоры. 2007;3:59–60.

9. Changhai Lv., Jing Li., Wei Ya., Chen Ya., Renxiang Lv. Study on the protective effect of the dense slag layer on converter lining. Inter-national Journal of Applied Ceramic Technolo-gy. 2022;19(1):592–603.

10. https://doi.org/10.1111/ijac.13910

11. Sinelnikov V.O., Kalisz D., Kuzemko R.D. Study of the phase and mineralogical proper-ties of converter slag during splashing to im-prove lining resistance. Refractories and In-dustrial Ceramics. 2018;59(4):403–409.

12. https://doi.org/10.1007/s11148-018-0244-y

13. Suvorov S.A., Kozlov V.V. Planning of skull formation at an oxygen converter lining sur-face and optimization of modifier consump-tion. Refractories and Industrial Ceramics. 2011;52(1):29–31. https://doi.org/10.1007/s11148-011-9358-1

14. Chen G.J., He S.P. Effect of MgO content in slag on dephosphorisation in converter steelmaking. Ironmaking & Steelmaking. 2015;42(6):433–438. https://doi.org/10.1179/1743281214Y.0000000246

15. Смирнов Л.А., Ровнушкин В.А., Смирнов А.Л. Особенности формирования и фазово-минералогический состав конвертерных шлаков. Металлы.2015;(2):26–34.

16. Zhou Ch., Chen Q., Ji Yi., Ai L., Wang Sh., Chen Q., Yuan T. Effect of highly oxidizing converter dephosphorization slag on dephosphorization behaviour of molten steel. Ironmaking & Steelmaking. 2023;50(3):1–11. https://doi.org/10.1080/03019233.2023.2168344

17. Чернятевич А.Г., Сигарев Е.Н., Чернятевич И.В., Чубин К.И., Чубина Е.А. Нетрадиционные технологии и фурменные устройства для нанесения шлакового гарнисажа на футе-ровку конвертера. Сталь. 2017;6:15–20.

18. Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Фейлер С.В., Сигарев Е.Н. Новые технологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвер-теров. Известия вузов. Черная металлургия. 2014;57(6):7–12.

19. Чернятевич А.Г., Сигарев Е.Н., Протопопов Е.В., Шеремет В.А., Чернятевич И.В., Чубин К.И. Освоение технологии нанесения шла-кового гарнисажа на футеровку конвертера путем раздувки шлака перемещающимися газопорошковыми струями. Известия вузов. Черная металлургия. 2011;(2):15–20.

20. Харлашин П.С., Ассиил М.К. Моделирова-ние тепловой работы футеровки 160 т кис-лородного конвертера с учетом гарнисажа. Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Техни-ческие науки. 2014;(28):48–54.

21. Zhang H., Zhao H., Yuan Zh., Xu B., Liu K., Zhao L., Kong D. Thermodynamic Evaluation of Enhanced CO2 Conversionin Innovative Slag Splashing Processes in Converters. Steel Research International. 2025;96(9):310–320. https://doi.org/10.1002/srin.202400918

22. Галиуллин Т.Р., Протопопов Е.В., Соколов В.В., Чернятевич А.Г. Гидрогазодинамические особенности раздувки шлаковой ванны при нанесении гарнисажа на футеровку кисло-родных конвертеров. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2008;4:16–23.

23. Yang G., Li B., Sun M., Qin D., Zhong L. Numerical simulation of the slag splashing process in a 120 ton top-blown converter. Metals. 2023;13(5):940.

24. https://doi.org/10.3390/met13050940

25. Zhang H., Liu Ke., Zhao H., Tian Yu., Liang J., Yuan Zh. Numerical simulation of innovative slag splashing process in a converter using a nozzle-twisted oxygen lance. Journal of Sus-tainable Metallurgy. 2024;10(2):864–879. https://doi.org/10.1007/s40831-024-00836-z

26. Qi F., Zhou Sh., Zhang L., Huo H., Liu Zh., Cheung Sh.C.P., Li B. Numerical study on droplet splashing behavior of slag-splashing for converter protection using volume of flu-id-discrete phase model two-way conversion model. Steel Research International. 2024. https://doi.org/10.1002/srin.202400289