Особенности процессов пыле- и дымообразования при газокислородной продувке конвертерной ванны

Проведено исследование особенностей процессов пыле- и дымообразования при газокислородной продувке конвертерной ванны. Определены основные причины, вызывающие угар металла. Изучены особенности влияния основных параметров процесса на потери металла при пылевыносе и испарении железа в реакционной зоне. Выполнена оценка процесса распыления металла за счет всплывающих пузырей CO, который определяется скоростью их подъема на поверхность ванны. Определены особенности температурного режима реакционной зоны и баланса тепла при добавке топлива к кислородному потоку. Добавка топлива к кислороду позволяет увеличить приход тепла в ванну, при этом уменьшает скорость обезуглероживания. Это способствует уменьшению количества выносимый пыли, образующейся при разрыве и дроблении пленок металла газовыми пузырями. Рассмотрено влияние использования кислорода продуктов горения на окисление примесей металла. На примере продувки углеродистой и легированной стали для прокатных валков показано, что степени разложения CO₂ и H₂O в ванне являются основными характеристиками газокислородной продувки. Эти показатели определяют окислительные и нагревательные свойства дутья. Выполнена оценка изменения суммарного, усвоенного тепла и его потерь с отходящими газами в зависимости от степени разбавления кислородного потока природным газом (метаном). В данных условиях использование погружных факелов горения при изменении окислительной способности факелов позволяет решать различные технологические задачи, в том числе является эффективным способом уменьшения пылевыделения в конвертерном процессе.

1. Баптизманский В.И., Меджибожский М.Я., Охотский В.Б. Конвертерные процессы производства стали. Киев-Донецк: Вища школа, 1984. 343 с.

2. Технология производства стали в современных конвертерных цехах / С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др. М.: Машиностроение, 1991. 464 с.

3. Баптизманский М.И., Бойченко Б.М., Черевко В.П. Тепловая работа кислородных конвертеров. М.: Металлургия, 1988. 174 с.

4. Li M., Li L., Zhang B., Li Q., Wu W., Zou Z. Numerical analysis of the particle-induced effect on gas flow in a supersonic powder-laden oxygen jet // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science. 2020. Vol. 51. No. 4. P. 1718–1730. http://doi.org/10.1007/s11663-020-01855-3

5. Ashrit S., Sarkar S., Chatti R.V., Sarkar C., Sarkar S. Nonmetallic LD slag fines – opportunities by invoking chemistry // Ironmaking and Steelmaking. 2020. Vol. 47. No. 8. P. 903–907. http://doi.org/10.1080/03019233.2019.164167

6. Wang B., Shen S., Ruan Y., Сheng S., Peng W., Zhang J. Simulation of gas-liquid two-phase flow in metallurgical process // Acta Metallurgica Sinica. 2020. Vol. 56. No. 4. P. 619–632. http://doi.org/10.11900/0412.1961.2019.00385

7. Yao L., Zhu R., Tang Y., Wei G., Dong K. Effect of furnace gas composition on characteristics of supersonic oxygen jets in the converter steelmaking process // Materials. 2020. Vol. 13. No. 15. Article 3353. http://doi.org/10.3390/ma13153353

8. Sharma S.K., Hlinka J.W., Kern D.W. The bath circulation, jet penetration and high-temperature reaction zone in BOF steelmaking // Steelmaking Proceedings. 1977. Vol. 60. P. 181–197.

9. Явойский В.И. Теория процессов производства стали. М.: Металлургия, 1969. 467 с.

10. Охотский В.Б. Физико-химическая механика сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1993. 151 с.

11. Федорченко И.М., Андриевский С.А. Основы порошковой металлургии. Киев: Изд-во АН УССР, 1963. 420 с.

12. Barella S., Mapelli C., Mombelli D., Gruttadauria A., Laghi E., Ancona V., Valentino G. Model for the final decarburisation of the steel bath through a self-bubbling effect // Ironmaking and Steelmaking. 2019. Vol. 46. No. 8. P. 721–724. http://doi.org/10.1080/03019233.2017.1405179

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

14. Li W., Zhu R., Feng C., Wei G., Han B. Influence of carrier gas of converter oxygen lance on smooth distribution of O 2 −CO2 −CaO mixed jet // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2020. Vol. 73. No. 12. P. 3027–3035. http://doi.org/10.1007/s12666-020-02105-5

15. 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.

16. Jamamoto Z. Production and technology of iron and steel in Japan during 1993 // ISIJ International. 1994. Vol. 34. No. 4. Р. 229–312. https://doi.org/10.2355/isijinternational.34.299

17. Somways N.L. Development in the North-American iron and steel industry // Iron and Steel Engineering. 1994. Vol. 71. No. 2. P. 1–20.

18. Филиппов С.И., Кольцов А.Т. Распределение парциального давления кислорода вдоль многофазного дутьевого потока кислородного конвертера // Известия вузов. Черная металлургия. 1979. № 9. С. 33–36.

19. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов. Киев-Донецк: Вища школа, 1979. 277 с.

20. Протопопов Е.В., Соломон Г.М., Веревкин Г.И. Состояние шлакометаллической эмульсии и изменения физико-химических характеристик по ходу плавки в кислородном конвертoре // Известия вузов. Черная металлургия. 1995. № 8. С. 25–27.

21. Goodman N. Slag splashing of BOF converters // Iron and Steel Inst. 1996. No. XXX. P. 24–33.

22. Diepmann D., Gharib M. The role of streamwise vortisity in the hear-field entrainment of round jets // Journal of Fluid Mechanics. 1992. Vol. 245. P. 643–668.

23. Протопопов Е.В., Айзатулов Р.С., Чернятевич А.Г. Технологические аспекты комбинированной подачи нейтрального газа в конвертерную ванну. В кн.: Тр. IV Международного конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 1997. С. 104–107.

24. Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Юдин С.В. Исследование химических и температурных градиентов в конвертерной ванне с использованием высокотемпературного моделирования // Известия вузов. Черная металлургия. 1997. № 10. С. 20–24.

25. Лушка А.И. Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций. М.: Машиностроение, 1981. 240 с.

26. Продукты сгорания природного газа при высоких температурах / И.Н. Карп, Б.С. Сорока, Л.Н. Дашевский, Д. Семернина. Киев: Техника, 1967. 381 с.