ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ФАКЕЛОВ ГОРЕНИЯ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ РАСПЛАВА В АГРЕГАТАХ КОНВЕРТЕРНОГО ТИПА. СООБЩЕНИЕ 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ФАКЕЛЕ ГОРЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Повышение производительности и снижение ресурсо- и энергоемкости при производстве стали в конвертерах предопределяет раз- работку технологических мероприятий и пути совершенствования конструкции агрегатов для обеспечения предварительного подогрева лома и других шихтовых материалов, интенсификацию дожигания отходящих газов в рабочем пространстве сталеплавильного агрегата и окислительно-восстановительных процессов в жидкой ванне при сохранении удовлетворительной стойкости дутьевых устройств и футе- ровки конвертера. Использование топливно-кислородных факелов горения в конвертерном процессе позволяет решить ряд многоцелевых технологических задач. Сгорание топлива в рабочем пространстве конвертера при формировании струи или использование погружных факелов горения значительно изменяет гидродинамическую картину в реакционных зонах и жидкой ванне. В работе термодинамическими методами определена динамика процессов горения газообразного топлива и окисления элементов конвертерной ванны при взаимодействии с высокотемпературными продуктами сгорания факела. Расчет процесса взаимодействия факела с химическими элементами конвертерной ванны проведен для равновесных условий. Установлено, что использование факелов горения изменяет состав газовой фазы в рабочем пространстве конвертера, в которой, кроме традиционно присутствующих при продувке кислородом О₂ , СО, СО₂ , образуются Н₂ и Н₂О. Присутствие этих газов изменяет тепловой режим и окислительную способность газовой фазы. При сжигании газокислородного топлива оптимальный состав исходной газовой смеси (природный газ и кислород) должен соответствовать соотношению 100  %  СН₄   и  69  %  О₂ , при этом в качестве продукта реакций окисления образуется парогазовая фаза, содержащая 40  %  СО₂ и 60  %  Н₂О. Полная энтальпия процесса сжигания газокислородного топлива при температурах конвертерной плавки при коэффициенте избытка кислорода более 1,0 (до  2,0) составляет примерно 200  кДж/моль исходных реагентов, при окислении метана углекислым газом – (–7)  ÷  (–14,5)  кДж/моль исходных реагентов при 1800  К, процесс становится эндотермичным при температурах более 2000  К (∆Н₂₂₀₀  =  (+7,7)  ÷  (+15,4)  кДж/моль); при окислении газа водяным паром ∆Н_{1800 – 2200}  =  (+19,5)  ÷  (+70) кДж/моль исходных реагентов. Таким образом, только при окислении метана кислородом может быть достигнута температура факела более 1800 К. Использование в качестве окислителя воздуха, углекислого газа, паров воды не дает необходимого теплового эффекта. 

1. Шнееров Я.А., Смоктий В.В., Шор В.И. и др. Комбинированные процессы выплавки стали в кислородных конвертерах. Обзорная информация // Черная металлургия. Сер. Сталеплавильное производство. 1982. Вып. 4. С. 23.

2. Hosoki S. Production technology of iron and steel in Japan during 1992 // ISIJ International. 1993. Vol. 33. No. 4. Р. 427 – 445.

3. Osani H., Ohmiya S. Total hot metals pretreatment and BOF operation practice for high purity steelmaking. – In: 1 EOS Congress Düsseldorf, 1993. P. 41 – 46.

4. Krieger W., Proferl G., Pochmarskital L. Metallurgische und Betriebliche Ergebisse des LD-processes bei Zufur von Inerigasen durch den Tiegelboden // Berg – und Hüttemännische Monatshefte. 1983. No. 9. S. 332 – 338.

5. Haastert H.P., Hoffken E. Konverterstahlwerke kombiniertes blasen und das TBM-verfahren in den Stahlwerken der Thyssen // Stahl Agll Thyssen Technische Berichte. 1985. No. 1. S. 1 – 10.

6. Jacobs H. Q-BOP process – after eleven years // Metals. 1973. Vol. 25. No. 3. Р. 33 – 41.

7. Афонин С.З., Вяткин Ю.Ф., Югов П.И. Повышение эффективности конвертерного производства стали путем внедрения комбинированной продувки и динамических систем управления технологическим процессом // Сталь. 1986. № 10. С. 5 – 7.

8. Kitamura M., Hoh S. LD-converter way of combined blowing // Kobe Steel Eng. Repts. 1982. Vol. 32. No. 4. P. 85 – 87.

9. Mink P., Van Unen G., Deo B. Development in the bath agitation process at hoogovens. – In: 1 EOS Congress. Dusseldorf. 1993. P. 65 – 70.

10. Федорович В.Г., Карп С.Ф. Комбинированная продувка высокофосфористого чугуна в лабораторном конвертере // Изв. вуз. Черная металлургия. 1960. № 8. С. 34 – 37.

11. Ohnishi M., NagaiJ., Yamamoto T. etс. Metallurgical characteristics and operation of oxygen top and bottom blowing at Mizushima Works // Ironmak. And Steelmak. 1983. Vol. 10. No. 8. P. 28 – 34.

12. Jacobs H., Ceschin B., Dauby D., Claes J. Development and application of the LD-NC top and bottom blowing process // Iron and Steel Eng. 1981. Vol. 58. No. 12. P. 39 – 43.

13. Bogdandy L., Von Brotzmann K., Fritz E. Improvements in bottom blowing by combined blowing technique and increase of the scrap rate // Iron and Steel Eng. 1981. No. 9. P. 58.

14. Чернятевич А.Г., Протопопов Е.В., Ганзер Л.А. О некоторых особенностях окисления примесей в конверторной ванне при комбинированной продувке // Изв. вуз. Черная металлургия. 1987. № 4. С. 25 – 29.

15. ПротопоповЕ.В.,Чернятевич А.Г.,ЮдинС.В. Гидродинамические особенности поведения конвертерной ванны при различных способах продувки // Изв. вуз. Черная металлургия. 1998. № 8. С. 23 – 29.

16. Чернятевич А.Г., Бродский А.С., Пантейков С.П. Высокотемпературное моделирование поведения конвертерной ванны при комбинированной продувке кислородом // Изв. вуз. Черная металлургия. 1997. № 12. С. 27 – 31.

17. Протопопов Е.В., Айзатулов Р.С., Ганзер Л.А. и др. Прикладное изучение движения жидкости в зоне продувки струями с разным динамическим напором // Изв. вуз. Черная металлургия. 1996. № 6. С. 18 – 23.

18. Трубавин В.И., Просвирин К.С., Щедрин Г.А. и др. Особенности структуры и гидродинамики реакционной зоны при донной продувке конвертерной ванны кислородными и кислородно-то- пливными струями // Металлургия и коксохимия. 1979. № 63. С. 26 – 29.

19. Якушевич Н.Ф,, Строкина И.В., Полях О.А. Определение па- раметров окислительно-восстановительных процессов в системе Fe – C – O2 – H2 // Изв. вуз. Черная металлурги. 2011. № 8. С. 13 – 18.

20. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов. Справ. изд. – М.: Металлургия, 1985. – 568 с.

21. Эллиот Д.Ф., Глейзер М., Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1969. – 252 с.

22. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / Под ред. В.П. Глушко. – М.: Наука, 1979. – 1620 с.

23. Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. – М.: Металлургия, 1992. – 239 с.

24. Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1985. – 355 с.