автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Массообменные процессы при аргоно-кислородном рафинировании стали

од

от

На правах рукописи

Зырянов Сергей Владимирович

МАССООЕМЕНКЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ АРГОНО-КИСЛОРОДНОМ РАФИНИРОВАНИИ СТАЛИ

Специальность 05.16.02 - металлургия черных металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 1995

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университете и на Челябинском металлургическом комбинате.

Научный руководитель - лауреат Государственной премии,

заслуженный деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор Д.Я.Поеолоцкий

Официальные оппоненты - докт. техн. наук проф. Г.А.Хасин,

канд. техн. наук И.В.Малков

Ведущее предприятие - Научно-исследовательский институт металлургии, г. Челябинск

Защита состоится " ^ " 995 г. в часов на за-

седании диссертационного соЕета Д 053.13.04 по присуждению ученых степеней при Челябинском государственном техническом университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Челябинского государственного технического университета.

Автореферат разослан СР-Му«/. 1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного'совета, ^ ¡1

докт. физ.-мат. наук, проф. . ЛмСМл^ Мирзаев Д.А.

01Щ\Я "ХАРАКТЕРИСТИКА Ь'АЫ 'ТЫ

Актуальность темы

За последние десятилетия широкое примените получили особо-низкоуглнродистые 1 шржавекете стали. Наиболее жестки« требования 'предъяьляэтся к стойкости но ржави щей стали против мижкристаллит-ной коррозии. как наиболее опасному г.иду коррозионного разрушения. Аустенитние стали нечувствительны к межкристаллитной коррозии, если содержание углерода в стали меньше 0,02-0,03;,.-.

Существует несколько способов получения особонизкоуглерояис•• той иерж'-ли-щей стала. В настоящя> время доминирующее положение шшмм^т процесс аргоно-кислородного раэинировдтя (АК! ). с использованием которого в промиаленио разнитшс странах происьодится около 80.5 нурасявонаей стали. Столь широко*» применение процесса ак: и перспектиьни его использования в Росит вызывают необходимость изучения физических и физико-химических процессов при его протекании. Между тнм, массообмешше процесса и кинетика реакций между металлом и шлаком при АКР изучены очень мало.

Цель работы

1. Исследование гидродинамики, мпссопереноса и массоооменз между металлом и шлаком в процессе АКР методом физического моделирования .

?. Сравнительная оценка эффективности перемешивания и массо-обмена при различных способах подвода дутья.

3. Исследование кинетики реакций между металлом и шлаком в процессе аргоно-кислородного рафинирования стали.

Научная новизна

В работе с соблюдением теории подобия выведены критерии для моделирования гидродинамики, массопереноса и массооОменных процессов при аргоно-ккслородном рафинировании стали.

Методом физического моделирования установлен характер движения жидкого металла при аргоно-кислородном рафинировании стали, определены скоростные характеристики перемещающихся потоков в ти-

роком интервале изменения интенсивности продувки при различных способах подвода дутья. Определены коэффициенты турбулентной диффузии в жидкой ванне.

Методом физического моделирования определены коэффициенты массопереноса в металлической ванне при продувке в агрегате АКР и влияние интенсивности продувки на диссипацию энергии. Выявлена зависимость коэффициента массопереноса от суммарной энергии диссипации.- В лределях изученной интенсивности продувки найден коэффициент маесообмена между металлом и шлаком. Определено влияние расхода газа и его давления на коэффициент мзссообменэ.

На основе .теоретического анализа предложены уравнения для определения кинетических параметров реакций между металлом и шлаком с учетом- изменения термодинамических условий в процессе плавки стали.

Определены коэффициенты скорости массообена ряд£ элементов между металлом и шлаком в процессе плавки нержавеющей стали в агрегате АКР и зависимость этих коэффициентов от параметров процесса при обычных для агрегата АКР режимах продувки.

Практическая ценность ■ Результаты исследования могут быть использованы при решении вопросов развития способов производства нержавеющей стаж в России, где есть пока лишь один агрегат АКР. В частности, при выборе метода и режима подвода дутья.

Апробация работы ;ч

Основные результаты работы долокены и обсуждены на:

1. Всесоюзной конференции "Тепло- и массообменше процессы в ваннах сталеплавильных агрегатов", Мариуполь, 1991 г.

2. Международной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали", Челябинск, 1992 г.

3. Первом конгрессе сталеплавильщиков, Москва, 19Э2 г.

4. Международном симпозиуме "Состояние и развитие кислородно-конвертерного производства стали", Магнитогорск, 1994 г.

Пуоликации. по материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка из 67 наименований и содержит 34 страницы машинописного текста, 25 рисунков и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ВАННЫ

В характерных для плавки стали условиях протекания процесса в непрозрачной жидкости при высокой температуре и весьма агрессивном воздействии на вводимые датчики наиболее простым и доступным методом изучения гидродинамики, массопереноса и массообмена является физическое моделирование. Для описания подобных физических систем и анализа условий 1а подобия удобно пользоваться безразмерными величинами - критериями подобия.

При обработке металла в агрегате АКР на гидродинамику основное воздействие оказывают следующие параметры:

рм - плотность металла, кг/м3;

й - ускорение свободного падения, м/с2;

I - импульс газовой струи, Н;

1.,..Л - геометрические размеры, м.

Целью исследования гидродинамики является определение скорости перемещения потоков жидкости в агрегате АКР (И). После приведения величин, описывающих систему, к безразмерному виду, получена совокупность, состоящая из критериев подобия:

^/81, = ф (С/Р813; 1/1п)' ^ (1)

Эти критерии подобия позволяют рассчитать расходы газа на модели и произвести пересчет скорости движения жидкости с модели на оригинал.

Для исследования гидродинамики ванны в профссе АКР с моделированием реальных режимов продувки была создана из прозрачного оргстекла в масштабе 1:1.0 модель 100 т агрегата 'АКР фирмы "Крупп", установленного на Челябинском металлургическом комбинате. Кроме

пяти боковых придонных фурм, аналогичных имеющимся, в промышленном агрегате, в модели установили пйтъ донных фурм, что позволяло производить либо боковую, либо донную продувку. о

Гидродинамика изучалась и использованием метода киносъемки. Жидкий металл моделировали водой, дутье - воздухом. В .качестве

индикатора направления и скорости перемещения потоков жидкости в модели выбрана метиленовая синь, водный раствор которой шприцем вводили в разные области ванны. Режимы дутья полностью отряжали рыжими, применяемые в промышленности. Продув.-са производилась либо Ч'.-рез Соковые придонные, либо через донные фурмы. В обоих случаях, за исключением отдельных опытов, ооноьремодю производили продувку сверху через односошювую фурму. На осноюнта р»зуль ■ тагов киносъемки строились векторные диаграммы движения индикатора в модели при различных режимах продувки.

Обработка векторных диаграмм позволила сделать вывод, что характер движения жидкости при двух исследованных способах комбинированной продувки через придонные фурмы сбоку и через доннын фурмы снизу не зависит от интенсивности продувки. Однако скорость потоков возрастает с увеличением интенсивности дууья через боковые придонные и донные фурмы и ггрк исследованных режимах изменяется соответственно от 28 до 167 и от 49 до 172 см/с.

Установлено, что продувка сверху практически не оказывает влияния на скорость массопотоков в металле.

При относительно больших абсолютных скоростях циркуляции жидкости в центральной части ванны при донной продувке распределение их по горизонтальному сечению значительно менее равномерное, чем в условиях боковой придонной продувки. К тому же при придонной продувке в нижних горизонтах ванны на уровне до ~400 мм в образце (до 40 мм в модели) имеется застойная зона, где жидкость практически не перемешивается.

Используя данные моделирования, вычислили коэффициенты турбулентной диффузии по уравнению Эйнштейна:

= хг/2т (2)

В восходящих потоках коэффициент турбулентной диффузии в условиях донной продувки выше, чем при боковой, придонной продувке.

Однако, более высокие скорости циркуляции жидкости и большие коэффициенты турбулентной диффузии в восходящих потоках ванны агрегата АК? при донной продувке по сравнению с продувкой через боковые придонные фурмы не могут служить достаточным основанием для заключения о более быстром достижении химической и физической однородности ванны.

Преимущество боковой придонной продувки в более равномерном распределении скорости движения жидкости на всех горизонтах ванны и практически отсутствие характерной для данной продувки значительной застойной зоны могут иметь решающее значение в достижении достаточно полной гомогенизации ванны.

ФИЗИЧЕСКОЕ М0ДЕЛПР0ВА1МЕ МАССОПЕРЕНОСА

При обработке расплава в агрегате АКР на явления массопере-носа основное воздействие оказывают следующие пар^етры:

а - коэффициент массоп^реноса, м/с;

0 - коэффициент даФйтага, м2/с;

1 - импульс газовой струи, кг-м/с2;

р - плотность, кг/м3;

2 - ускорение силы тяжести, м/с2;

и - скорость, м/с;

х - время, с;

о - поверхностное натяжение, кг/с2;

1,, 1П - геометрические параметры, м.

Целью исследования моссопереноса являлось определение коэффициента массоиереноса (а). После приведения величин, описывающих систему, к безразмерному виду, получена совокупность, состоящая из критериев подобия:

а2 1 Б2 g^:г Я2 а

Ф <—^ ; — : —— — : —::- ) (3)

п

gl pgl 3 ' gl 3 ' 1 'gl ' pgl2 '1.

Согласно теории приближенного моделирования подобие процессов массопереноса в модели и оригинале определяется условием постоянства критериев: I = idem, Но = lciem, Fr = idem, Sh = Idem. Для проведения экспериментов использовалась модель агрегата АКР в масштабе 1:10.

Для определения времени выравнивания концентрации примеси в объеме ванны при проведении сравнительного моделирования использовали метод измерения электропроводности.Жидкий металл моделировали водой, а дутье-воздухом. Опиты проводили при интенсивности дутья (в пересчете ка образец м3/т*мин): 0,5-1,4 при продувке

через пять придонных .боковых фурм; 0,5-1,32 при продувке через пять донных фурм и 0,5-2,0 при продувке через односонловую верхнюю фурму, расположенную на высоте 2 метра от уровня спокойной ванны. Эти режимы полностью охватывают принятые в промышленности для процесса АКР. В качестве индикатора в модели использовали сорную кислоту, которую вводили через воронку на поверхность бар-ботируемой жидкост:. в фиксированное во всех опытах место. Измерение оК проводили одновременно в трех точках: перед вводом индикатора 'и после его ввода до усреднения состава ванны.

Регистрацию осуществляли при помощи трех самопишущих потен-цимеров КСП-4.. Время'полного перемешивания водяной ванны определял! по кривым на диаграммах измерения электропроводности во Бремени. Каждую серию опытов с одинаковым режимом продувки проводили три раза и при отклонении не более Ш брали среднее значение.

Установлено, что с увеличением интенсивности продувки время полного выравнивания концентрации вводимого индикатора существенно уменьшается как при продувке через донные, так и через боковые придонные фурмы во всех контрольных точках ванны. При продувке через донные формы нижних горизонтах ванны образуется застойная зона, где варавнивани состава происходит относительно медленно. Такую зону еысотой около 400 мм наблюдали в предыдущем исследовании гидродинамики ванны. При продувке через боковые, придонные фурмы такой застойной зоны не отмечено. Лишь при расходе дутья 50 м3/мин продолжительность выравнивания состава-в нижнем горизонте ванны несколько больше, чем в более еысоких горизонтах. •

По экспериментальным данным рассчитали коэффициент массо-переноса по известному уравнению:

С. V' 1 '

а' =--; . (4)

С0 I" т' '

где: с и С0-конечная и начальная концентрация ионов водорода, pH; V =объем ванны, м3; Р -площадь'поверхности ванны, мг;а-время выравнивания концентрации примеси, с; (символы со штрихом относятся к модели).

Выведенные критериальные зависимости позволили пересчитать коэффициент массопереноса с модели на оригинал по уравнению а=0,1а D/D , где D и D -коэффициенты диффузии, соответственно, в образце и в модели.

Коэффициент массопереноса, характеризующий эффективность процессов перемешивания, является функцией диссипации .»нергии. В рассматриваемой гидродинамической системе эта энергия складывается из мощностей диссипации энергии вспливания газовых пузырьков

(?.,,), кинетической энергии струи газа (е.,), и энеогии, вводимой

1"! л " К

продувкой сверху (ее):

Е = Ен + £к + Ев . (5>

Результаты расчетов Есех трех составляющих энергии диссипации показали, что основную часть этой энергии составляет рассеяние кинетической, энергии, и совсем незначительную часть - рассеяние энергии, вводимой продувкой сверху.

По полученным дашшм произвели графические построения зависимости коэффициента массопереноса от суммарной диссипации энергии. Оказалось, что для случая донной продувки эта зависимость линейная; она может быть описана уравнением:

а= 1,4-!0~г+3,889-.10~5-£ (б)

при линейном коэффициенте корреляции' г=0,99.

Линейная зависимость 'коэффициента массопереноса от суммарной энергии диссипации■(г=0,97) при боковой придонной продувке была выявлена при построении в логарифмических координатах:

а = 3,48*10_3*е°'365 . (7)

При одинаковых режимах продувки в проведенных опытах отношение коэффициентов массопереноса при донной (а ) и боковой придонной (а^) продувках:

-г -5 •

а 1,4-10 + 3,889-10 •£

- = 0,94-1,04 .(8)

аб 3,48-10 • е

3 '-0,365

Следовательно, при данной продувке коэффициент массопереноса' в ванне агрегата АКР примерно такой же, как и при боковой прлдсн-

ной продувке. Однако, Соковая приданная продувка устраняет образование застойной зоны в нижней части ванш,. характерной для донной продувки. Это согласуется с гидродинамической картиной ванш с застойной зоной высотой примерно 400 мм при донной продувке и отсутствием ее при бокоьой придонной продувке.

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССООБМЕНА МЕЖДУ МЕТАЛЛОМ И ШЛАКОМ В ВАННЕ АКР

Массообменные процессы между металлом и шлаком в процессе АКР определяются совокупностью величин: К - коэффициент массообмена, м/с; I - импульс газовой струи, кг«м/с2; g - ускорение свободного падения, м/с2; ■ D - коэффициент молекулярной диффузии, м2/с; т - время, с;

и - скорость перемещения потоков, м/с; F - сила воздействия газа на жидкость, Н; ю - масса, кг;

рст, paJ1 - плотность стали и шлака, кг/м3; 1.., 1п - геометрические размеры, м.

Целью исследования массообмена являлось определение коэффициента массообмена (к) и его зависимости от параметров продувки.

Методом масштабных преобразований совокупность . величин привели к безразмерному виду: '

кг £ Вг gr2 W2 F ршл. m 11

= .( г; г; ; ; ; , > ~~ ) О)

gl pgl3 gl3 1 gl pgr PCT . pi" ln

Полученные безразмерные величины преобразованы в известнее критерии:

Sh * ф(1, Ns, Ho, PEJK, Lp_) СО)

Таким образом, подобие процессов массообмена в модели и оригинале определяется условием постоянства критериев: I = idem. Но = Idem, Не = Idem, Sh = idem, = 1/10.

Для проведения экспериментов использовалась модель агрегата

АКР описанная выше. Расхода газа для продувки жидкости в модели при продувке через боковые придонные фурмы или донные фурмы изменялись в диапазоне от 20 до 120 м3/мин.

Для изучения массообмена между металлом и шлаком при обработке расплава методом АКР использована модель агрегата АКР, в которой кроме пяти боковых придонных фурм, аналогичных имеющимся в промышленном агрегате АКР, установлены пять донных фурм. Это позволяло производить либо боковую, либо донную продувку. ' •

При проведении экспериментов жидкую сталь моделировали водой, а жидкий шлак олифой. Такой выбор был обусловлен определенным соответствием их физических свойств. Вода при температуре 20°С и сталь при температуре 1600°С имеют одинаковую вязкость -0,001 Па-с. Олифа и жидкий шлак, соответственно при этих же температурах, имеют вязкость 0,08 и 0,003...0,200 Па-с. Следовательно, величина симплекса вязкости олифы и воды (т}0/т]в=8а) находится в хгределах величины симплекса вязкости шлака и стали (1}ш/т]ст=3.. .200). Величина симплекса плотностей <ро/рв=0,91) отличается от этой величины для шлака и стали (рш/рст=0,50...0,57), но все же одного порядка. Как и жидкие сталь и шлак, вода и олифа взаимно не растворимы.

Так как кислород, вдуваемый в ванну АКР в смеси с аргоном, усваивается ватой, при моделировании в качестве дутья использовали диоксид углерода, -который частично усваивается водой.

В качестве индикатора, моделирующего массообмен между металлом и шлаком, приняли растворимый в воде и в олифе иод.

Для определения времени, необходимого для завершения процесса, т.е. достижения равновесного распределения иода между двумя фазами, производили отбор проб еоды для титрования из зоны, где согласно проведенным ранее исследованиям наблюдаются наименее развитые потоки и массоперенос. В условиях опытов равновесные концентрации иода в олифе составили 1534,5-10~° г/л и в воде -1,24-Ю-3 г/л.

Для каждого режима при каждом из двух методов продувки опыты проводили дважды. Наблюдаемая ошибка определения времени достижения равновесия не превышала 2%.

Результаты экспериментов показали, что интенсивности" продув-газ оказывает существенное влияние на время достижения равновесия.-При этом метод продувки, боковой придонной или донной, не .влияет

на время достижения равновесия. Такой результат согласуется с результатами проведенных ранее на модели исследований гидродинамики ванны и массопереноса в ней.

Обработка экспериментальных данных показала, что коэффициент массооомена находится в экспоненциальной зависимости от расхода газа (Q) при продувке через боковые придонный или дсшше фурмы к эта зависимость соответствует уравнению к = 6,24 ехр(0,0324-Q). Коэффициент линейной корреляции этой зависимости, выраженной уравнением Ink = 0,0324-Q - 7,379, раЕен 0,99, а дисперсия случайности равна 3.28-10_d. Это свидетельствует о наличии тесной связи и надежности полученных результатов.

Конечно, справедливость полученной зависимости коэффициента массообмена от режима продувки можно утверждать лишь в пределах изученных расходов газа. Но, как отмечалось, эти пределы соответствуют принятым в промышленных условиях продувки ванны в агрегате АКР, что определяет значение полученных результатов.

При выходе из сопла газ расширяется, созериая работу, величина которой зависит от давления. Так как эта работа расходуется, в частности, на перемешивание, давление поступающего в жидкую ванну газа влияет на коэффициент массообмена. Влияние это проявляется. в"линейной зависимости массооомена от произведения давления газа на его расход. Выражается она уравнением k=7FQ, где в условиях описываемых опытов ? = 0,196. Коэффициент корреляции равен 0,99, а дисперсия случайности 3,31-Ю-4, что свидетельствует о достаточной тесноте и надежности связи.

На основе полученных результатов выполнены расчеты коэффициентов массообмена ряда элементов между металлам и шлаком в процессе аргоно-кислородаого рафинирования стали. В исследованном диапазоне интенсивности дутвя эти значения для'боковой придонной и донной продувки равны, соответственно:

S (4,3...134,6)■Ю-3 и (4,7 —134,6)-Ю-3 м/с;

S1 (3,6... 113,7)-10~3 И (3,9... 113,7)-10~3 м/с;

мп (0,6___¡3,3) - Ю-3 II (0,G— 18,3) • Ю-3 м/с;

Р (4,6... 142,1) -Ю-^ :: /4.9... 142.1 МО-3 и/с.

КИНЕТИКА Я2АКЦИЙ МШУ МЕТАЛЛОМ И ШЛАКУЯ • В ПРОЦЕССЕ АКР

Согласно результатам ряда исследований лимитирующей стадией процессов обмена ионов в системе металл-шлак является диффузия. Поэтому скорость перехода элементов между металлом и шлаком можно описать уравнениями первого закона Фика, которое после преобразования имеет вид:

1[(Р/У)1п(С - С*)] к ---- . (11 }

йх

где: С-концентрашя элемента в металле: х-время; к-коэффициент скорости массоопмона; Р и ^/-поверхность и обтем »»галт»: знаком * обозначено состояние равновесия.

Следовательно, можно считать , 'что величина (У/Р)1п(С-С* • имеет самостоятельное значение и к является скоростью убыли этой величины.

В условиях опытов функцию к изучали при фиксации дискретных изменений значений равновесных концентраций элемента в металле. Поэтому произвели аппроксимацию произгодной (11) конечными разностями и получили:

К =

у- ш(ст - с; )

или при То=0

ш(с0 - с; )

(12)

х - 1Г

к =

Рх

1п

со- со

сх - сх

(13)

Уравнение (13) использовали для расчета коэффициента массо-обмена элементов между металлом и шлаком в процессе аргсно-кислородного рафинирования стали опытных плавок.

Опытные плавки проводили в агрегате АКР емкостью 100 т электросталеплавильного цеха Челябинского металлургического ком-

Р

бината (АО "Мечел"). Плавки нержавеющей стали вели по принятой в цехе технологии с отбором на повэлках проб металла и шлака в строго контролируемое время и лишь в те периода, когда никаких присадок в ванну не делали. Одновременно термопарой контролировали температуру.

В качестве объекта для непосредственного изучения был выбран марганец, термодинамические данные оксилешя (восстановления) которого надежно известны.

Для определения равновесных концентраций марганца в металле использовали уравнение . (14) константы равновесия.

(МпО) <3440

18^ = 18 --- = - -2,95 (14)

Обработка экспериментальных' данных с использованием уравнений (13) и (14) показала, что коэффициент скорости массообмена марганца мевду металлом и шлаком при продувке металлической ванны в 100-т агрегате АКР при обычных ее режимах (30...70 м3аргона и кислорода в мин.) изменяется в пределах (0,25...25)•10"дм/с и находится в экспоненциальной зависимости от расхода газа 3. Коэффициент линейной корреляции этой зависимости, выраженной уравнением 1пк=0,093и-13,69 равен 0,76, а величина отношения коэффициента корреляции к его дисперсии г/о=14,Ь. Это свидетельствует о наличии связи и ее надежности.

Вычисленные по опытным плавкам значения коэффициента скорос-, ти массообмена марганца и его зависимость от расход* газа получены .лишь для периодов продувки после окисления кремния. При наличии кремния, даже порядка 0,1%,. имел весьма низкие (<0,6-Ю-1 м/с) и даже отрицательные значения несмотря на очень большие расходы газа в эти периода - до 70 м3/мин и более.

Следует отметить, что эти результаты, полученные при изучении в промышленном агрегате, как по поиядку величины, так и по характеру зависимости коэффициента массообмена между металлом и ¡злаком от расхода дуты, вполне согласуется с результатами физического моделирования,где было практически исключено влияние побочных эффектов (и г=38,5).

Полученные результаты оггределония коэффициента массообмена марганца можно использовать для расчета коэффициента массообмена

других элементов с использованием ранее полученного уравнения к-к'и/!)', где I) - коэффициент диффузии элемента. Приняв коэффициенты диффузии в металле I),, =0,01 • 10~9, 1)с1=3,8- 1СГ9,

,5-10 *м /с, получили ког)ф)1)ИЦИенты массообмена

кд-рП ,&... 1 &0) • 10" . к^П .Й...181))' 10"лм/с при изменении расхода гаи« ((-»,4Аг) ь 100-т агрегате АКР от 30 до 70 м3/мин., соог •

Механизм окисления углерода, протекающего с образованием газовой фазы Си преимущественно на поверхности футеровки и готовых газовых пузырей, отличается от механизма окисления других элементов. Равновесное содержание углерода в ьисокохромистом расплаве зависит от содержания хрома и парциального давления СО, которое в условиях АКР1 определяется отношением 0£/Аг. Для обработки экспе-1>ич>»ит'1Шнч». дан»шх равновесные содержания углерода, при содержаниях хрома 14,5...17,7% определяли по уравнению:

Г%Сг]3/4'Рсо 11520

1йКг_= - = - - + ?,64 (15)

1%С!'ГС Т

По результатам расчетов по 14 периодам (9 плавок), по которым отношение О /Аг изменялось от 4/1 до 1/3, коэффициент скорос-

^ -3

ти окисления углерода кс=(1,1...21)• 10 м/с. Не выявлено никакой связи.величины кс с отношением О^/Аг, исходным для Данного периода содержанием углерода (0,80;..0,14%) и хрома, расходом газовой смеси (40...76 м3/мин). По-видимому, это объясняется тем, что в процессе АКР при указанных исходных содержаниях углерода- лимитирующей стадией процесса является массоперенос кислорода, а не углерода. . л '

Общие выводы

1. Разработана методика физического моделирования и с ее

исследованы гидродинамика, массоперенос, явления массообкека между металлом и шлаком в агрегате эргоно-кисдородаого рафинирования стали. Найдены коэффициенты турбулентной диффузии и массспереноса в металлической ванне при продувке в агрегате АКР.

2. Определено влияние интенсивности продувки на .диссипацию

энергии в ваше агрегата АКР. Выявлена'зависимость коэффициента массопереноса от суммарной энергии диссипации при продувке через боковые придонные фурмы и сверху и при продувке через донные фурмы и сверху.

3. Установлено, что боковая придонная продувка устраняет образование застойной зоны в нишей части ванны ближе к стенкам агрегата, характерной для донной продувки.

4. В пределах изученной интенсивности продувки найден коэффициент массообмена между металлом и шлаком. Определено влияние расхода газа и его давления на коэффициент массообмена.

5. На основе теоретического анализа предложены уравнения для изучения кинетических реакций .между металлом и шлаком с учетом изменения термодинамических условий в процессе плавки.

6. По данным контроля серии плавок нержавеющей стали в агрегате АКР емкостью 100 т определены коэффициенты скорости массообмена ряда элементов между металлом и шлаком и зависимость этих коэффициентов от параметров процесса.

7. Результаты, полученные при изучении в промышленном агрегате, как по порядку величин, так. и по характеру зависимости коэффициента массообмена между металлом и шлаком от расхода дутья согласуются с результатами физического моделирования.

8.' Результаты исследования могут быть использованы при решении вопросов развития способов производства нержавеющей стали в России, где есть пока лишь один агрегат АКР. В частности, при выборе метода и режима подвода дутья.

Основное содержание работы освещено в следующих публикациях:

1. Поволоцкий Д.Я., Токовой O.K., Зырянов C.B. Гидродинамика сталеплавильной ванны при продувке металла в агрегате аргоно-кислородного рафинирования // Тезисы докладов V Всесоюзной конференции "Тетю- и массообкенные процесса в ваннах сталеплавильных агрегатов", ч.1. - Мариуполь, 1991, - с. 36-37.

2. Поволоцкий Д.Я., Токовой O.K., Зырянов C.B. Гидродинамика ванны при аргоно-кислородном рафинировании стали: физическое моделирование // Металлы. 1993. Л. с. 26.

3. Поволоцкий Д.Я., Токоеой O.K., Зырянов C.B. Физическо>: модели рование- массопереносз в ванне при аргоно-кислородном рафинировании стали // Металлы. 1993. М. с. 5.

4. Поволоцкий Д.Я., Токовой O.K., Зирянов С.З. Физическое моделирование массообмена между металлом и шлаком при аргоно-кислородном рафинировании стали // Металлы. 1995. ЛЗ. с. 15.

5. Поволоцкий Д.Я., Зырянов C.B., Взаимодействие между металлом и шлаком при аргоно-кислсроднрм рафинировании стали // Металлы. 1995. Л4. с.