ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ПРОЦЕССЕ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ВАННЫ. СООБЩЕНИЕ 3

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.

1. Протопопов Е.В., Уманский А.А., Беленецкий Е.А., Фатьянов С.С., Полежаев С.А., Запольская Е.М. Анализ условий подобия и методики высокотемпературного моделирования конвертерных процессов. Сообщение 1. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;2(52):75‒84. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-75-84

2. Протопопов Е.В., Фатьянов С.С., Запольская Е.М. Высокотемпературное моделирование процесса обезуглероживания конвертерной ванны при верхней и комбинированной продувке расплава. Сообщение 2. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;3(53):82–93.

3. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-3(53)-82-93

4. Протопопов Е.В., Щипанов С.С., Фатьянов С.С. Экспериментальные исследования обезуг-лероживания конвертерной ванны при комбинированной продувке расплава. В кн.: Сборник трудов XVIII международного конгресса сталеплавильщиков и производителей металла. 7-10 апреля 2025. Санкт-Петербург, 2025:182‒189.

5. Григорович К.В. Металлургия XXI века: современное состояние и направления развития. В кн.: Труды XIV международного конгресса сталеплавильщиков. Москва ‒ Электро-сталь, 17-21 октября 2016 г. Москва: ООО «РПК ПринтАП», 2016:56‒65.

6. Фейлер С.В., Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. Совершенствование технологии комбини-рованной продувки конвертерной ванны кислородом и нейтральным газом. Известия вузов. Черная металлургия. 2014;4:43‒50. EDN: SBYPGZ

7. Чернятевич А.Г., Протопопов Е.В. Разра-ботка наконечников двух контурных фурм для кислородных конвертеров. Известия вузов. Черная металлургия. 1995;12:13–17.

8. Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Лаврик Д.А., Мастеровенко Е.Л. Исследование структуры и параметров реакционных зон при верхней продувке применительно к проектированию многоцелевых конвертерных фурм. Известия вузов. Черная металлургия. 2002;12:16‒21. EDN: SIXMJT.

9. Lehner J., Egger M.W., Panhofer H., Strelbisky M.J. First operating experiences with post-combustion lances at BOF SHOP LD3. European Steel Technology and Application Days 2017 (ESTAD 2017). Vienna. Austria. 26-29 June 2017. 2017;1(3):1148‒1157.

10. Dering D., Swartz C., Dogan N. Dynamic Modeling and Simulation of Basic Oxygen Furnace (BOF) Operation. Processes. 2020;8(4):483. http://doi.org/10.3390/pr8040483

11. EDN: KMPSKB

12. Vortrefflich W., Vries J. Maximizing BOF production capacity and producing cost effi-cient by using sublance based process control. Iron & Steel Review. 2010;10:94‒100.

13. Apeldoorn G.J., Gootjes P. Sublances for BOF steelmaking. In: Millennium Steel. 2006:97‒101.

14. Pal J., Singh S., Ghose A.K., Mohan S. A mathematical model for end point control of basic oxygen steelmaking furnace. Journal of Metallurgy and Materials Science. 2002;44(1):39‒49.

15. Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. Москва: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2013;96.

16. Zhiyong Liu, Alberto N. Conejo. Development of a Novel Dimensionless Relationship to Describe Mass Transfer in Ladles Due to Bottom Gas Injection. Processes. 2025;13:5. https://doi.org/10.3390/pr13010005

17. Martín M., Rendueles M., Día M. Steel-Slag Mass Transfer in Steel Converter, Bottom and Top/Bottom Combined Blowing Through Cold Model Experiments. Chemical Engineering Research and Design. 2005;83(9):1076‒1084. https://doi.org/10.1205/cherd.02156

18. Cunha A.P., Pacianotto T.A., Frottini Fileti A.M. Steel-making process: Neural models improve end-point predictions. Computer Aided Chemical Engineering. 2004;18(4):631‒636. http://doi.org/10.1016/S1570-7946(04)80171-8

19. Gu M., Xu A., Wang H., Wang Z. Real-time dynamic carbon content prediction model for second blowing stage in BOF based on CBR and LSTM. Processes. 2021;9(11):1987. http://doi.org/10.3390/pr9111987 EDN: ELGMRV

20. Wiltschi K., Pinz A., Lindeberg T. An auto-matic assessment scheme for steel quality inspection. Machine Vision and Applications. 2000;12(3):113‒128.

21. Wu M., Wu F. Application of using dynamic control with off-gas analysis for making medium-high carbon steel. Iron and Steel. 2007;42(12):38‒41.

22. Vortrefflich W., Vries J. Maximizing BOF production capacity and producing cost effi-cient by using sublance based process control. Iron & Steel Review. 2010;10:94‒100.

23. Zhou Wang*, Shuang Chen, Congcong Wu, Nan Chen, Jiwen Li, and Qing Liu. Effect of bottom stirring on bath mixing and transfer behavior during scrap melting in BOF steelmaking: A review. High Temperature Materials and Processes. 2024;43:20220322. https://doi.org/10.1515/htmp-2022-0322