Файл: Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс.pdf

П овы ш ение интенсивности продувки сопровож дается увеличением

ления углерода, а следовательно, и для отвода кислорода от по­ верхности металла это не отвечает действительности. П ри оценке взаим одействия углерода с кислородом следует учитывать время сущ ествования поверхности или эфф ективную поверхность, вы­ раж аем ую соотнош ением

нято равным 1/2. В этом случ ае поверхность контакта газовой фазы с углеродом металла растет прямо пропорционально интен­

сивности продувки.

В озвращ аясь теперь к ан ализу уравнения (67), м ож но сказать , что степень использования кислорода зависит фактически только от соотнош ения м еж ду величинами химической и диф ф узионной проводимости. О днако с увеличением интенсивности произведение

интенсивность увеличивается , поэтом у степень усвоения кислорода

дувки ванны , когда на ее поверхности создается одна реакционная зон а, в которую и подается дуть е с различной интенсивностью .

93

Дробление кислорода в-многосопловых фурмах (с числом сопел три и более) принципиально не изменяет картины взаимодействия, так как реакционная зона и в этом случае будет одна, но количе­ ственные соотношения будут другими. Это объясняется тем, что, как было показано при анализе пылевыделения из реакционной зоны, степень развитости поверхности при многосопловых фурмах выше и, следовательно, несколько больше величина S/I. Степень неусвоения кислорода при использовании трехсопловой фурмы соответствует полностью результатам теоретического анализа лишь при интенсивности около 13 м8/(т-мин) и по абсолютной

3, 2. Ь

^ а

Рис. 28. Окисленность шлаков для

плавок с различной интенсивностыо продувки и при применении раз­ личных фурм:

°. б, в — одно-, трех- и трннадцатн-

13 m V ( t - m h h )

Содержаниеуглерода °/о

величине более чем в четыре раза меньше, чем для односопловой фурмы. Для тринадцатисопловой фурмы степень усвоения кис­ лорода оказалась близкой к 100% при всех интенсивностях про­ дувки. Из изложенного следует сделать вывод, что при увеличен­ ной интенсивности подачи кислорода химизм процесса обезугле­ роживания приобретает такое большое значение, что кинетиче­ ской стороной процесса уже нельзя пренебрегать.

И сследования процесса конвертирования с высоким расходом кислорода позволили несколько уточнить представления о массо- п ерен осе в ванне конвертера.

На рис. 28 приведены данные по окисленности шлаков при плавках с различной интенсивностью продувки и применением различных^ фурм. Как следует из-рис. 28, при использовании од­ носопловой фурмы с увеличением интенсивности наблюдается рост окисленности шлака во всем интервале исследованных интенсив­ ностей и по ходу всей плавки, а не только в первый период. Не­ которое увеличение окисленности шлака по сравнению с окисленностью при обычной интенсивности наблюдается и при применении трехсопловой фурмы. При большом рассредоточении дутья не

94

наблюдается увеличения окисленности шлака по ходу продувки. В то же время окисленность конечных шлаков при одном и том же содержании углерода практически одинакова независимо от кон­ струкции фурмы.

^ Увеличение окисленности шлаков при повышении интенсив­ ности подачи кислорода можно объяснить только недостаточным массопереносом по ванне в сочетании с одновременным увеличе­

нительно к конвертерному процессу определены в некоторых исследованиях [21, 46]. В работе М. П. Собакина и Я. Д. Вер­ бицкого [46] эти значения составляют 5000—27 000 см2/с. Эти авторы считают, что коэффициент турбулентной диффузии является прямой функцией скорости обезуглероживания, т. е. определяется количеством и скоростью всплывания газовых пузырей. Анало­ гичной точки зрения придерживается и В. И. Явойский [21 ]. Секундный объем газа, определяемый им по нижеприведенному равенству, приводит к очень высоким значениям скоростей выхода газов и к таким же величинам коэффициентов массопереноса

УсО ==: Упузт Псо,

где Упуз — усредненный объем пузырька газа СО, см3; т — время пребывания газа в металле, с;

псо — количество пузырей.

Несколько меньшие, хотя принципиально аналогичные ре­ зультаты, получены и в работе [47]. Однако необходимо отметить, что скорости всплывания и величины коэффициентов турбулентной диффузии во всех этих работах получены расчетным путем исходя из предпосылки, что величина коэффициента турбулентной диф­ фузии прямо пропорциональна скорости окисления углерода. Это справедливо, по-видимому, до определенных величин интен­ сивностей подачи кислорода. Прежде всего экспериментальные данные многих исследователей, обобщенные в монографии В. Г. Ле­ вина [24], показывают, что скорость газовых пузырей в жидкой среде не может превышать 35—40 см/с (при вязкости среды, не слишком отличающейся от вязкости жидкого металла, и размере пузырей газа от 0,2 до 4—5 мм).. Указывается также, что крупные пузыри размером более 4—5 см неустойчивы и распадаются на более мелкие, скорость всплывания которых не превышает ско­ рости всплывания пузырей среднего размера.

Далее следует ответить, что при прямой пропорциональности скорости обезуглероживания не должна повышаться окисленность

шлаков с ростом 'интенсивности, как это получено в нашем ис­ следовании (см. рис. 28).

Из сказанного следует, что принятая модель выхода газов из конвертера при повышенной интенсивности [более 7—8 м3/(т. мин) ] должна быть, по-видимому, уточнена, так как она предполагает

95

или слишком, высокие скорости всплывания газовых пузырей, пли большие величины времени пребывания их в ванне. В то же время величина т в период обезуглероживания не -может превышать 0,5 с, поскольку в этот период количество отходящих газов прак­ тически равно удвоенному расходу кислорода или несколько пре­ вышает его.

Согласовать теоретические соображения с результатами иссле­ дованиями можно, по-видимому, в том случае, если исходить из предположения, что при определенной скорости обезуглерожива­ ния отдельные пузыри в объеме ванны сливаются, обусловливая образование каналов по всему объему ванны. При образовании каналов в объеме ванны предельную скорость окисления углерода, при которой прекращается рост ванны, можно в определенном смысле назвать «критической». После достижения этой скорости рост ванны должен практически прекратиться, или во всяком слу­ чае резко замедлиться. Увеличение интенсивности продувки при увеличении скорости окисления углерода и образовании каналов уже не будет сопровождаться ростом уровня ванны. Это положе­ ние подтверждается опытами на 10-т конвертере: увеличение ин­ тенсивности подачи кислорода в 2—2,5 раза практически не сопро­ вождалось увеличением уровня ванны выше наблюдаемого при обычной интенсивности продувки, что легко контролировалось по ошлакованию кислородной фурмы и устройства по отбору проб из конвертера в вертикальном его положении.

Для оценки степени перемешивания представляет интерес оценка величин критических скоростей обезуглероживания. Рас­ чет критических скоростей по имеющимся в литературе даннымневозможен, так как все расчеты основаны на допущении о равно­ мерном распределении пузырьков газа в объеме ванны или в любом горизонтальном сечении. Поэтому критические скорости опреде­ ляли приближенно по данным экспериментальных плавок. Ос­ новой для такого определения служила величина усвоения кис­ лорода.

Пропорциональная зависимость между обезуглероживанием и развитием поверхности контакта газовой и металлической фаз обусловливает увеличение степени использования кислорода, рас­ ходуемого на окисление углерода. Отсутствие такой пропорцио­ нальности позволяет предполагать, что темп подачи кислорода в ванну превышает скорость его расхода на окисление углерода, и

величина отношения QoJQo,, выражающая долю кислорода, по­

шедшего на окисление углерода, должна уменьшаться. Изменение степени использования кислорода, определенное как отношение кислорода, пошедшего на окисление углерода, к общему его рас­ ходу, для разных фурм и при различной интенсивности продувки показано на рис. 29.

Уменьшение степени использования кислорода для окисления углерода при определенных конструкциях сопел является след-

96

ствием незавершенного переноса реагентов к реакционной по­

верхности. Следовательно снижение величины QoJQo- при уве­ личении интенсивности подачи кислорода может служить для приближенной оценки интенсивности продувки и скорости окис­ ления углерода, при которых наступает гидродинамический ре­ жим с образованием газовых каналов.

Определенные на этом основании для Ю-т конвертера скорости окисления углерода, при которых отмечается образование ка­ налов, приведены ниже:

Односопловая фурма дает наихудшее перемешивание ванны. Уже при скорости окисления углерода 0,4—0,5% С/мин обнару­ живается недостаточность перемешивания стальной ванны и, по всей вероятности, образуются каналы. Для трехсопловой и тринадцатисопловой фурм критические скорости сдвинуты в об­ ласть более высоких значений.

Нужно отметить, что изменение окисленности шлака при пе­ реходе от одной интенсивности к другой менее значительно по сравнению с ожидаемым: окисленность шлака должна изменяться пропорционально изменению интенсивности подачи дутья. От­ сутствие пропорциональности объясняется перемешиванием струей дутья, что подтверждается расчетами мощности перемешивания металла струей дутья и пузырьками окиси углерода.