МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ШЛАКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАСТЫЛЕЙ НА СТВОЛЕ ДВУХЪЯРУСНЫХ КИСЛОРОДНЫХ ФУРМ ПРИ ПРОДУВКЕ В БОЛЬШЕГРУЗНЫХ КОНВЕРТЕРАХ

Рассмотрены основные технологические особенности конвертерной плавки при использовании для продувки двухъярусных кислородных фурм. Проанализированы причины формирования металлошлаковых настылей на стволе фурмы при верхней продувке расплава в большегрузных конвертерах в зависимости от особенностей организации дутьевого режима и различном уровне вспененной шлакометаллической эмульсии в рабочем пространстве агрегата. Предложена сопряженная трехмерная математическая модель гидродинамических и массопереносных процессов в шлаковой и металлической фазах конвертера, которая может быть использована для изучения закономерностей формирования и направленности циркуляционных потоков расплава в ванне при положениях двухъярусной фурмы, количестве сопел в нижнем и верхнем ярусах, углах наклона сопел, расходах кислорода через ярусы сопел и прочих конструктивных и технологических параметрах. Сформулирована физическая модель и выполнено численное моделирование процесса продувки металла в конвертере емкостью 350 т с использованием двухъярусной фурмы с четырьмя соплами Лаваля в нижнем наконечнике и двенадцатью соплами в верхнем ярусе. Представленные данные позволяют получить достоверную информацию о характере движения металлической и газошлаковой фаз при продувке в конвертере и механизме образования шлакометаллической настыли на стволе фурмы.

1. Бойченко Б.М., Охотского В.Б., Харлашина П.С. Конвертерное производство стали: теория, технология, качество стали, конструкции агрегатов, рециркуляция материалов и экология. Днепропетровск: Днепр-ВАЛ, 2006:454.

2. Григорович К.В. Современное состояние черной металлургии и направления ее развития в цифровой экономики. В кн.: Труды XV международного конгресса сталеплавильщиков. Москва: РПК Принт АП, 2018:42–59.

3. Лякишев Н.П. Сравнительная характери-стика состояния кислородно-конвертерного производства стали в России и за рубежом. Москва: Элиз, 2000:64.

4. Kishmoto Y., Saito N. Development and prospect of combined blowing converter in Japan. Tetsu-to-hagane (Journal of the Iron and Steel Institute of Japan). 2014;100(4):445‒455.

5. Su F., Lampinen H.-O., Robinson R. Recy-cling of sludge and dust to the BOF converter by cold bonded pelletizing. ISIJ International. 2004;44(4):770‒776. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.770

6. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. Физические процессы в конвертере и энергоэкологические показатели производства. Старый Оскол: Изд-во «Тонкие наукоемкие технологии», 2014:328.

7. Смирнов Л.А., Бабенко А.А., Данилин Ю.А. и др. Освоение технологии комбинированной продувки в 160-т конвертерах. Сталь. 2010;5:43–45.

8. Протопопов Е.В., Уманский А.А., Беленецкий Е.А., Фатьянов С.С. Высокотемпературное моделирование процессов тепломассообмена при комбинированной продувке конвертерной ванны. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2024;4(50):100–109.

9. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-100-109

10. Stel van der J. Top gas recycling blast furnace benefits and “green” and sustainable ironmaking. Ironmaking and Steelmaking. 2013;40:483‒487.

11. Puzyrev Yu.A., Puzyrev A.Yu. Installation of purge units for supplying inert gases to the molten metal in converters. Refractories and Industrial Ceramics. 2023;64(3):229‒233.

12. Протопопов Е.В., Лаврик Д.А., Чернятевич А.Г. Повышение эффективности дожигания отходящих газов в конвертерах с жидкофазным восстановлением. Известия вузов. Черная металлургия. 2001;6:13‒17.

13. Ярошенко А.В., Суханов Ю.Ф., Долгих Ю.Н. Оптимизация комбинированной продувки в конвертере с применением нового технического обеспечения. Сталь. 2008;8:19–21.

14. Бабенко А.А., Челпан С.М., Кокаренко О.Н. Заметалливание кислородных продувочных фурм при выплавке стали из углеродистого полупродукта. Известия вузов. Черная металлургия. 2005;6:33–35.

15. Singh A.K., Raju M.T., Jha U. Recycling of basic oxygen furnace (BOF) sludge in iron and steel works. International Journal of Environmental Technology and Management. 2011;14(1-4):19‒32. https://doi.org/10.1504/IJETM.2011.039255

16. Stone R.P., Neith D., Koester S. et al. Further process improvements at Severstal Sparrows Point via new technology implementation. AIS Tech 2009 Proceedings. 2009;1:737‒747.

17. Tianjie Fu, Shimin Liu, Peiyu Li. Digital twin-driven smelting process management method for converter steelmaking. Journal of Intelligent Manufacturing. 2025;36:2749‒2765.

18. 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.

19. Cao L.L., Liu Q., Wang Z., Li N. Interaction behavior between top blown jet and molten steel during BOF steelmaking process. Ironmaking and Steelmaking. 2018;45(3):239‒248. https://doi.org/10.1080/03019233.2016.1255373

20. Dering D., Swartz C., Dogan N. Dynamic modeling and simulation of basic oxygen furnace (BOF) operation. Processes. 2020;8(4):483. https://doi.org/10.3390/pr8040483

21. Югов П.И. Современное состояние мировой практики конвертерного производства и научные направления его развития в России. Черная металлургия. 2001;9:9‒13.

22. Ughadpada K., Briglio S., Mohammed G. Production improvement of No. 2 BOSP at ESAI. Iron and Steel Technology. 2010;11:59‒64.

23. Протопопов Е.В, Чернятевич А.Г., Филиппенко С.А., Фейлер С.В. Перспективная конструкция кислородной фурмы для конвертеров ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» емкостью 350 т. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2013;(2):4‒7.

24. Stone R.P., Neith D., Koester S. Further pro-cess improvements at Severstal Sparrows Point via new technology implementation. AIS Tech 2009 Proceeding. 2009;1:737–747.

25. Voraberger B., Wimmer G., Dieguez Salgado U., Wimmer E., Pastucha K., Fleischanderl A. Green LD (BOF) steelmaking ‒ reduced CO2 emissions via increased scrap rate. Metals. 2022;12(3):466. https://doi.org/10.3390/met12030466

26. Самохвалов С.Е., Сокол А.Н. Квазитрех-мерная математическая модель гидродинамических процессов в полости конвертера. Математическое моделирование. 2008;2(19):67–70.

27. Сокол А.Н. Математическое моделирование гидродинамических процессов в полости конвертера во время верхней продувки в трехмерной постановке. Вестник Херсонского технического университета. 2010;3(39):448–454.

28. Самохвалов С.Е., Сокол А.М. Математическое моделирование процессов перемешивания в конвертере. Днепродзержинск: изд. ДДТУ, 2013:99.

29. Chen J.D., Zhang C.J., Feng J.H. Static me-chanics model in loading converter and energy saving. Journal of Hebei Institute of Technology. 2007;29(1):32–35.