ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ФАКЕЛОВ ГОРЕНИЯ ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ РАСПЛАВА В АГРЕГАТАХ КОНВЕРТЕРНОГО ТИПА. СООБЩЕНИЕ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФАКЕЛА ГОРЕНИЯ С МЕТАЛЛОМ И ШЛАКОМ В КОНВЕРТЕРНОЙ ВАННЕ

Выполнен термодинамический анализ физико-химических процессов, протекающих в ванне конвертера при использовании газокислородных горелок для интенсивного нагрева ванны. В рабочем пространстве агрегата при взаимодействии факелов горения с конвертерной ванной подаваемые через горелки кислород и природный газ, а также подаваемый через фурму кислород взаимодействуют в барботируемой шлакометаллической эмульсии, в результате чего окисляются железо и примеси. Установлено, что использование факельных горелок изменяет состав газовой фазы, в которой кроме O2 , CO, CO2 присутствуют H2 и H2O, наличие которых изменяет окислительную способность газовой фазы. Присутствие твердого углерода (например, пылеугольного топлива) в факеле горелки может контролировать и интенсифицировать процесс горения, причем наиболее эффективен процесс горения при окислении углерода до СО при коэффициенте избытка кислорода менее 1,0. При окислении углерода расплава при изменении активности углерода в зависимости от его концентрации в расплаве и температуры изменяются и условия окисления углерода. В качестве универсальной характеристики описания равновесия в системе Me – O – C предложено использовать парциальное давление кислорода PO2  , а также сопутствующие характеристики PCO /PCO2 и PH2 /PH2O . Определено, что окисление железа может осуществляться кислородом и в незначительной степени диоксидом углерода, в то время как водяной пар при температурах 1600 – 2000 К железо практически не окисляет. Окисление растворенного в металле углерода осуществляется достаточно эффективно кислородом и диоксидом углерода до концентрации менее 0,1  %  С. Пар воды является очень плохим окислителем углерода, слабым окислителем марганца и кремния. С повышением температуры интенсивность окисления растворенного в металле углерода кислородом возрастает, марганца и кремния – понижается. Переокисленный шлак с  высоким содержанием оксида FeO при температурах выше 1800 К может служить окислителем кремния (до Si < 2 %), марганца (Mn < 1 %), углерода (С < 1,5 %).

конвертер, газокислородный факел, метан, углеводороды, сталь, продувка, термодинамический анализ

1. Солоненко В.В., Протопопов Е.В., Фейлер С.В., Якушевич Н.Ф. 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 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 7. С. 556 – 564.

2. А.с. 1560566 СССР. Боковая фурма для подогрева лома и дожигания отходящих газов в полости конвертера / А.Г. Чернятевич, Р.С. Айзатулов, Г.С. Гальперин, А.В. Гресс, Е.В. Протопопов, Л.А. Ганзер, Н.Р. Золотухин; заявл. 03.03.1988; опубл. 30.04.1990. Бюл. № 16.

3. Тулин Н.А., Морозов А.Н., Кравцов Н.Ф., Марков Б.Л., Кирсанов А.А. Работа 130-тонных конвертеров с нагревом лома газокислородными горелками // Сталь. 1974. № 5. С. 402, 403.

4. Patent US3479178 A. Method of preheating and charging scrap to a BOF / James J. Bowden. 24.05.1966.

5. Нугуманов Р.Ф., Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. Перспективные технологии предварительного подогрева лома в полости конвертера // Изв. вуз. Черная металлургия. 2009. № 2. С. 63 – 66.

6. Heikki J. Experiences in Phsicochemical Modelling of Oxygen Converter Process (BOF), Shon International SymposiumAdvanced Processing of Metals and Materials – Thermo and Physicochemical Principles // Iron and Steel Making. 2006. Vol. 2. P. 541 – 554.

7. Trentini B. Scrap consumption in the oxygen converter // Steel Times. 1985. No. 12. Р. 608 – 610.

8. Протопопов Е.В., Лаврик А.Н., Ганзер Л.А. Математическая модель гидродинамики и переноса газа в газошлаковой и газометаллической фазах в конвертере при комбинированной продувке // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2001. № 10. С. 45 – 54.

9. Kubisek K., Frohberg M.G. Hydrodynamische Modelluntersuchungen zum bodenblasender Converter. // Arch. Eisenhüttenw. 1981. Bd. 52. No. 1. S. 7 – 14.

10. Баптизманский В.И., Борисов Ю.Н., Лонский А.М., Трубавин В.И., Махницкий В.А., Булавка О.А. Волнообразование в конверторе при комбинированной продувке // Изв. вуз. Черная металлургия. 1987. № 8. С. 21 – 24.

11. Сhatterjee A. On some aspects of supersonic jets of interest in LD Steelmaking // Iron and Steel. 1972. Vol. 45. No. 6. Р. 627 – 634.

12. Klein H., Liesch I., Iso H., Goedert F. Scrap ratio increase by coal injection in the BOF // Steelmaking Proceedings. 1983. Vol. 68. P. 129 – 136.

13. Goedert F., Klein H., Henrion R. et al. The ALCI Technology ARBED lance Coal Injection // Fochberichte Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung. 1986. Vol. 24. No. 4. Р. 214 – 219.

14. Зайцев А.И., Могутнов Б.М., Шахназов Е.Х. Физическая химия металлургических шлаков. – М.: Интерконтакт наука, 2008. – 351 с.

15. John F. Elliott, Molly Gleiser. Thermochemistry for steelmaking. Reading, Mass. – Addison-Wesley Pub, 1960. – 296 p.

16. Атлас шлаков: справ. изд. / Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1985. – 308 c.

17. Белов Н.А. Диаграммы состояния тройных и четверных систем: Учебное пособие для вузов. – М.: МИСИС, 2007. – 360 с.

18. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 1 – 6 / Под ред. В.П. Глушко. – М.: Наука, 1979 – 1982. – 1620 с.

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

20. Turkdogan E.T. Physical Chemistry of High Temperature Technology. – Academic Press, 1980. – 447 p.