автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Продувка жидкой ванны турблентными струями

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ЗАВОД ВТУЗ при КАРАГАНДИНСКОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ КОМБИНАТЕ

ИЗМЕСТЬЕВА Ольга Алексеевна

ПРОДУВКА ЖИДКОЙ ВАННЫ ТУРБУЛЕНТНЫМИ СТРУЯМИ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Темиртау-1992

Робота выполнена в Химико-металлургическом институте Ака -демии наук Республики Казахстан.

Научный руководитель: доктор технических наук Максимов Е.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Блинов К.Л. кандидат технических наук, доцент Степанов А.Т.

Ведущее предприятие: Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова

Защита состоится £6 '¿-¡■/■¿/■/Л 1992г. в_ час. на засе -Дании специализированного Ученого совета K058.08.0I по специальности "Металлургия черных металлов" Завода-ВТУЗа при КарМКа но адресу: 472300 г.Теыиртау, Карагандинской обл., цр.Ленина 34.

С цпссертас^ой („окно ознг.ко;-шться в библиотеке института.

Автореферат разослан £6 < ____ _1992г.

Учений секретарь специализированного Совета, кандидат ^наико-натематических наук, допоит

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе развития сталеплавильного производства внепечная обработка стали является одним из основных мероприятий технического перевооружения черной металлургии, отвечающих потребностям народного хозяйства. Внепечная обработка стали - эффективная технология, способствующая повыше -нию качества металла. В первую очередь это относится к продувке металла инертными газами, которая предусматривает обеспечение тесного контакта вдуваемых газов с жидким металлом.

Известно, что перемешивание металла приводит к развитию поверхности взаимодействия фаз, что позволяет интенсифипировать тепло- и массообменные процессы, протекающие в ковше. В этой связи разработка теоретических и практических вопросов реализации продувки металла турбулентными закрученными газовыми струями является актуальной задачей для внепечной обработки стали в ковше.

Цель работы. Экспериментальное и теоретическое изучение процесса продувки жидкости в ёмкости, разработка способа и устройства для внепечной обработки стали в ковше закрученными турбулент -ными струями. Ь задачу работы входило решение следующих основных вопросов:

- изучение структуры струйных потоков;

- изучение механизма воздействия турбулентных закрученных газовых струй на газо- и гидродинамику жидкой ванны при различных режимах продувки;

- исследование влияния степени закрутки газового потока на процесс перемешивания жидкой ванны;

- разработка конструкции фурмы и завихрителя для продувки металла инертным газом в ковше с целью промышленного внедрения;

- проведение опытных плавок в конвертерном цехе КарМК и анализа полученных данных по обработке металла в ковше закрученными газовыми струями;

- внедрение способа и устройства для продувки металла в ковше закрученными газовыми струями.

Научная новизна. Экспериментально установлены особенности структуры струйных течений и взаимодействия газовых струй различной степени турбулентности с жидкой ванной. Исследована интенсивность перемешивания жидкой ванны с использованием фурм различной конструкции. Установлено, что наиболее перспективным способом продувки стали в ковше является продувка закрученной турбулентной газовой струей. Получены математические зависимости, позволяющие определить параметры завихрителя, оптимальную конструкцию сопла и дутьевой режим обработки стали в ковше. На основе проведенных исследований предложен метод расчета времени перемешивания расплава закрученными турбулентными струями, включающий выбор расхода нейтрального газа, угла наклона сопел, их диаметра. Разработаны способ и устройство для продувки металла газом, которые прошли апробацию в конвертерном цехе КарМК.

Практическая ценность к реализация работы. Разработана и внедрена в производство простая в изготовлении и эксплуатации фурма для продувки в ковше закрученными газовыми струями. Эко -комический эффект от внедрения составил 136602 руб. в год.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: I. Всесоюзной научно-те::нической конференции "Металл и технический прогресс",Москва,1987г., 2. Межотраслевой научно-практической конференции "Рациональное использование промышленных отходов в регионе",Караганда,1969г. 3. П научно-технической

конференции "Пути улучшения газомеханики металлургических шихт", Караганда, 1Э89г. 4. Международном симпозиуме "Проблемы экологии в металлургическом производстве-90", Мариуполь,1990г.

Публикации.По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и получено 2 авторских свидетельства СССР.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка литературы, включаю -щего 122 наименования. Содержание работы изложено на Ж страницах, включая & страниц машинописного текста, 34 рисунка и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Состояние вопроса и постановка задач исследования

На основе анализа литературных данных рассматриваются вон -росы механизма образования турбулентности струйных потоков, влияния степени турбулентности на характер взаимодействия газ-металл, а также оцениваются существующие способы обработки стали в ковшах нейтральными газами и их влияние на эффективность рафинирования расплава.

На основании теоретических оценок и опытных данных показано, что увеличение расхода нейтрального газа с целью повышения степени турбулентности газовой струи нерационально. Более эффективным является использование турбулизаторов для получения на выходе из сопла турбулентных струй с оптимальными газодинамическими параметрами.

В главе показано, что наиболее перспективным способом обработки стали е коше является продувка расплава турбулентной закручен--гой струей. Однако, исследования эффективности применения данного способа весьма ограничены и не носят комплексного характера. Еы-

полнен также анализ литературы, посвященный конструкциям фурм, позволяющим использовать тангенциальные составляющие скорости газовой струи, который показал, что разработка таких фурм производится без должного учета характера взаимодействия закрученной газовой струи с металлическим расплавом. При этом недостаточно изучена гидродинамика ванны при различной степени закрутки газовой струи. Поэтоед', при большом разнообразии разработанных конструкций фурм, их почти не применяют на практике. Недостаточное изучение взаимодействия закрученной газовой струи с расплавом не позволяет в полной мере использовать преимущества этого способа продувки .

На основании проведенного анализа литературных данных были сделаны соответствующие выводы и сформулированы цель и аавачи работы.

П. Исследование структуры струйных потоков

Во Еторой главе изучалось влияние формы поперечного сечения сопел на аэродинамику газовой струи.

Измерение скорости потока производили с помощью трубки Пито, которая вполне применима для дозвуковых потоков. Небольшие по величине импульсы давления регистрировали с помощью микроманометров. Обработку полученных результатов проводили по известной зависимости.

у1

—и г1

ст

Рп - полное давление, ?ст - статическое давление, Ы - число Маха, =Ср/Су - отношение теплоёмкостей соответственно при постоянном равлении к объеме. .Для оценки турбулентности потоков использовали

понятие степень турбулентности Е = /V'/ /Й/,те / V / -среднее абсолютное значение поперечной пульсационной скорости, /Ц /-среднее абсолютное значение продольной скорости потока. В ряпе случаев использовали выражение "интенсивность турбулентности"

здесь Ц - ссредненное по времени значение пульсационной скорости.

Экспериментально было обнаружено волнообразное распределение статического давления по клине газовой струи,что свидетельствует о её дискретном строении. Установлено,что увеличение массы струи газа по её длине также носит,скачкообразный,а не линейный характер. Причем участки струи с резким .увеличением массы соответствуют максимальным значениям статического давления,г.е. они следуют за участками, где существует наибольшее разрежение.

В результата экспериментов установлено,что по степени неравномерности поля скоростей на выходе из сопла располагаются в следующем порядке (в сторону увеличения): круглое, серповидное,щелевое и сопло с завихрителем газового потока. С увеличением расстояния от среза сопла неравномерность поля скоростей снижается,а для круглого и серповидного сопел она на расстоянии х/с[>20, практически одинакова.

На рис.1 представлены экспериментальные данные в виде зависимости средней скорости по оси струи от расстояния яо среза сопла при различной частоте пульсации газовой струи. Из рисунка видно,что увеличение частоты пульсаций приводит к заметном1/ повышению интенсивности затухания скорости газа вдоль оси струи. Кривые на рисунке относятся к скорости истечения струи,равной-150м/с,через сопло диаметром Юмм.

Характерно,что пои истечении струи через сопла малого диаметра 4-£мм) отмечается сильное колебательное движение в струе,особенно до расстояния х/с/.= 20*25. При этом частота пульсации газового потока [ля сопла диаметром 4мм на 20^ больше,чем для сопла,разного1Смы. Ее-

тественно,что при этом значительно увеличивается колебательное движение струи, истекающей через сопло 4мм.

В этой связи представляется важным выявление влияния параметров сопла и газовой струи в целом на турбулентность течения.

Результаты экспериментов показали, что значительное влияние ка турбулентность струйного течения оказывает конфигурация сопла. С целью повышения дискретности газовой струи и изменения масштаба турбулентности использовали турбулизатор в виде завихрителя газового потока. Измерения интенсивности турбулентности е закрученной струе показали,что она выше значений,взятых в тех же точках прямоточной струи. Последнее очень важно для практики. Известно,что в металлурги! для продувки металла газами обычно стремятся к постижению высоких скоростей,в том числе и сверхзвуковых,с целью повышения турбулентности газового потока и интенсификации перемешивания металла. Получении* результаты свидетельствуют о нецелесообразности повышения скорости гьзоеых струй,т.к. это приводит к увеличению количества выбросов и дополнительные затраты на мощные дутьевые устройства не компенсируют незначительный положительный эффект за счет повышения интенсивности перемешивания металла. Визуализация истечения газового потока позволила измерить угол раскрытия струи,зафиксировать участки с высокой интенсивностью турбулентности и области равномерного течения. У щелевой, серповидной V. круглой фурм угол раскрытия струи примерно одинаков V, равен 12-15°. В закрученной струе он значительно больше и составляет 30°.

Исследование влияния формы поперечного сечения сопзл нв газодинамику струи показало, что интенсификация турбулентного перемешивания в наибольшей степени реализуется для струи, истекающей rs сопла с заверителем газового потока. С целью определения оптимального способа продувки необходимо было изучить характер

Изменение осевой скорости газа в неподвижной среде при различной частоте пульсаций'

и,с.

0.4

и,¡с

1 £

\

Ч \

1

40

100

х.У

1-ЮОГц; 2-1оСГц; ,3-200Гц. Цщ-та-зость на оси струи, ^о -скорость ис-геченик газа чесез сопло

взаимодействия газовых струй, истекающих из фуры различной конструкции, с жидкой ванной.

Ш. Механизм перемешивания жидкой ванны

В третьей главе изложены результаты физического моделиро -вания процесса продувки стали газовыми струями. Исследовано влияние основных факторов процесса продувки на интенсивность перемешивания жидкой ванны при использовании фурм различной конструкции.

Лабораторные опыты проводили на "холодной" модели коша. При моделировании соблюдалось равенство критериев гидродинамического подобия Фруда и Струхаля, что позволило полученные ре -зультаты с большой степенью достоверности перенести на реальный процесс. В качестве жипкосги, моделирующей сталь, использовали воду, в качестве газа-воздух. Для определения времени перемеши • вания жидкости в ковше использовали методику рН-метрии. Регистр; цию индикатора (соляной кислоты) осуществляли рН-метром. Измерительные электроды устанавливали в днища ковша. Время полного перемешивания определяли по кривым изменения рК на диаграмме от времени введения индикатора до установившегося значения рН в пр< делах 95-98/0. С целью сравнения интенсивности процесса перемешивания при различных способах продувки использовали фурмы различной конструкции: круглые разных диаметров, щелевую, серповидную и фурму с за^ихрителем газового потока.

В ходе экспериментов установлено, что механизм взаимодействия газа и жидкости принципиально отличается при одном и том ж< расходе газа, с использованием фурм различной конструкции. Равт расходы газа не создают одинаковой гидродинамической обстановки зоне взаимодействия. Изучение характера перемешивания жидкости

п.

при истечении газа из фурм различной конструкции показало, что наиболее эффективной является продувка через фурму с завихрите-лем. Время перемешивания для этой фурмы в среднем в 1,8 раза меньше, чем при продувке через щелевую фурму, в 2,3 раза меньше в случае применения серповидной фурмы и в 2,5 раза-меньше при использовании круглой фурмы. Было установлено, что увеличение расхода газа приводит к росту глубины проникновения газовой струи в жидкость. Однако по сравнению с щелевой, серповидной и круглой фурмами заглубление закрученной газовой струи в ванну минималь -ное, при отом высота всплесков оказывается невысокой. Положительные результаты, полученные пля фурмы с завихрителем, объясняются тем, что на начальном участке струи при одинаковых числах закрученная струя обладает существенно большей кинетической энергией, чем прямоточная. Увеличение скорости выходящего из за-вихрителя газа происходит за счет уменьшения площади еыходкых тангенциальных отверстий по сравнению с площадью поперечного сечения трубы. Кроме того, больший импульс газовой струи через сечение, меньшее, чем в обычной фурме, формирует минимальный размер пузырей пригонном и том же расходе газа, что позволяет увеличить поверхность контакта газ-металл и повысить эффективность внепеч -ной обработки стали.

В ходе экспериментов была установлено, что время полного перемешивания ванкы зависит от степени заглубления фурмы. Для щелевой, серповидной и круглой фурм на время перемешивания заметное влияние оказывает заглубление фурм по высоте ковша з пределах

дит к заметному уменьшению времени перемешивания. Увеличивается

погружения фурш, Н-высо-Дополнительное погружение этих фурм, когда >>0,4

[-высота ковша.

не приво-

высота всплесков, ухудшается гидродинамическая обстановка в ковше. Поэтому чрезмерное заглубление щелевой, серповидной и круг -лой фурм малоэффективно. При использовании фурмы с завихрителем время перемешивания ванны значительно уменьшается при ф/Н = 0,14-0,7. Высота всплесков оказывается минимальной. Закрученная струя проникает в ванну меньше, чем не закрученная поэтому дополнительное погружение фурмы заметно уменьшает время перемешивания по сравнению с остальными фурмами.

Результаты холодного моделирования показали, что выбор угла наклона фурмы является важным условием продувки, т.к. при оггги -мальном положении фурмы в ковше можно достичь максимальной поверхности реакционной зоны и повысить интенсивность перемешиванш ванны. При использовании щелевой, серповидной и круглой фурм оптимальным углом наклона относительно вертикальной оси является угол, равный 30°. Изменение угла наклона фурмы-с завихрителем ухудшает гидродинамику ванны, более качественное перемешивание жидкой ванны обеспечивается при вертикальном расположении фурмы.

В результате обработки экспериментальных данных получены математические зависимости, позволяющие рассчитать оптимальные дутьевые режимы обработки стали в ковше для фурм различной кон -струкции.

При построении многомерной математической модели учитывалас 1 степень влияния различных параметров на интенсивность перемеши -вания жидкой ванны. Было выявлено, что наиболее сильнодействую -щими факторами на процесс продувки являются расход газа и степеш закрутки газовой струи. Значительное влияние этих параметров на время перемешивания характерно для всех конструкций фурм. Получе? ные результаты указывает на важный практический вывод о необходя-

мости рациональной организации дутьевого режима для внепечной обработки стали в ковше.

Для разработки способа рафинирования металлических расплавов закрученной газовой струей и создания новой конструкции фурмы было более подробно изучено влияние степени закрутки га -зовой струи на гидродинамику ванны. С этой целью изготовлено шесть завихрителей с относительным шагом спирали 0,6; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0; 8,0, которые позволяли формировать на выходе из сопла закрученную газовую струю с различными углами закрутки, равными соответственно 69,1; 38,1;'29,3; 21,5; 14,7; 11,1 градусов. За-вихрители устанавливали на срезе сопла.

Проведенными исследованиями установлено, что в случае использования слабо закрученных струй, формируемых завихрителями с относительным шагом спирали S/d- =6; S» образуется одна реакционная зона, соответствующая по форме зоне продувки кольце -вой струи. В случае использования умеренно закрученных струй, формируемых завихрителем с относительным шагом спирали S/<¿=4, образуется реакционная зона с большим углом раскрытия и небольшой глубиной проникновения. При истечении умеренно закрученной струи в жидкость в центральной (приосевой) области каверны образуется область с низким давлением, что способствует возникновению кавитации жидкости, заключающейся в образовании в ней разрывов сплошности, которые служат центрами зарождения мельчайших газовых пузырьков. Использование завихрнтеля с относительным вагон спирали S/ci- =4 позволяет получить в реакционной зоне большое количество пузырьков, уменьшить вынос брызг и стабилизировать продувку.

При продувке жидкости сильно закрученной газовой струей,ис-

текашцей иг фурмы с шагом завихрителя 9> / сС =0,6; 2; 3, образуется разомкнутый многозонный кратер с большим углом раскрытия. Газ рассредоточивается в объеме ковша в виде мельчайших газовых пузырьков, что позволяет стабилизировать продувку и снизить количество всплесков и выбросов жидкости из ванны.

При исследовании интенсивности перемешивания жидкости в ковше наилучшие результаты были получены для фурмы с относительным шагом завихрителя 5 /с1 =2 (рис.&). Была найдена оптималь -ная длина винтовой вставки, равная 7 калибрам, обеспечивающая минимальные гидравлические потери на завихрителе и максимально турбулентный закрученный поток на выходе из сопла фурмы. Результаты опытов показали, что для увеличения интенсивности процесса продувки жидкости и устранения канального хода газа в слое жид -кости необходимо "развести" струю во избежание образования замкнутой реакционной зоны. Чтобы постичь заданной степени рассре -доточения газового дутья в ванне, необходимо использовать струю с большим углом закрутки.

Лабораторные исследования показали целесообразность промышленного применения фурмы с завихрителем.

1У. Разработка способа и устройства для . продувки металла в коше

В четвертой главе приведены результаты промышленного испытания разработанной конструкции фурмы на установке по доводке металла в ковше конверторного цеха Карагандинского металлургического комбината.

Обработку металла в 300т ковше осуществляли вдуванием азота сверху через погружаемую фурму с интенсивностью 30-4См"/ч. На ошзтных и сравнительных плавках контролировали все необходимые

Елиян'/е относительного шага завихрителя на время перемешивания жидкости

Фурма с заверителем: о - S/d=B; А - ¿/d = с; a-b/(¿=4\ Д - S¡rt=~; о- S/d = 2; х- S/d =0,6.

Рис .2

технологические параметры процесса. До и после продувки металла в ковше проводили замер температуры, отбирали пробы металла и шлака для химического анализа, а также образцы металла для газового, металлографического анализов и механического испытания. Контролировали стойкость фурмы и заметалливание ковшей. В качестве сравнительных использовали плавки, продутые обычной цилиндрической фурмой, применяемой в цехе.

В соответствии с результатами лабораторных экспериментов завихритель изготавливали с относительным шагом спирали 5 /<¿=2 и длиной 7 калибров.

Завихритель по высоте фурмы закрепляли по трем вариантам:

1. Завихритель располагали в торце фурмы.

2. Устанавливали завихритель выше торца фурмы, на расстоянии 16 калибров.

3. Закрепляли одновременно два завихрителя: один в сопле фурмы, другой выше торца фурмы, на расстоянии 16 калибров. Завихри-

тели изготавливали из чугуна и стали различных марок.

В ходе промышленных испытаний фурмы новой конструкции было установлено, что использование завихрителя газового потока позволяет значительно повысить стойкость наконечника и фурмы в целом. Как видно из таблицу I, при эксплуатации фурмы с завихри -телеы, изготовленным из чугуна, стойкость наконечника увеличи -лась в 1,7 раза, а при использовании завихрителя из стали 9хс -в 2,3 раза. Наибольшая стойкость завихрителя получена при ис -пользовании стали 9хс - 164,2$ и чугуна -164,352, когда завихритель расположен по варианту 3.

Таким образом, установка по высоте фурмы второго, дополнительного завихрителя из чугуна позволяет продлить срок службы фурмы в срепнем на 9,555 по сравнению со стойкостью фурмы, содер-

яащей о пин завихритель.

Таблица I.

Стойкость фурм различной конструкции

Виц завихрителя!Варианты!Стойкость завихрителя!Стойкость Фурмы

!располо-!кол-во пла-!жения за*- вок

в % К ! кол-во ! Б "к стой-стойкости!плавок !кости ци-

!вихрите-! ! ля ! 1 ! !цилиндри-! !ческой ! ! фурмы ! 'линдричес-!кой фурмы

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6

Цилиндрическая фурма — 6 100,0 14 100,0

Сталь ЭХС I 14 233,3 23 164,3

Сталь Зсп 2 14 233,3 20 - 142,9

Чугун I 10 166,7 21 150,0

Чугун 3 16 266,7 23 164,3

Использование фурмы с завихрителем позволяет стабилизировать процесс продувки. Если при использовании цилиндрической фурмы перемешивание расплава локализовано вблизи зоны истечения струи и на поверхности ванны образуются волны и всплески металла, то в результате применения закрученного газового потока обеспечивается равномерное кипение по всей поверхности ванны, всплески и выбросы металла отсутствуют.

Использование фурмы с завихрителем способствует уменьшению застойных зон в новые, где появляются затвердевшие мзссы металла и шлака. При продувке через фурму с завихрителем, по сравнения с цилиндрической фурмой, количество затвердевшей массы металла в ковше снизилось на 0,32т на плавку, количество заметалленкых ковшей - на 26,'Л, а количество чистых ковшей возгюело на БЛ%.

Пюккасеншс ксслекзввпкя показали, что гепп.г.ьгог.гняв сур"»

с завихрителем позволяет увеличить выход годного на 0,3%. Про -дувка металла в ковше нейтральными газами через фурму с завихрителем оказывает положительное влияние на выравнивание его химического состава. Несмотря на то, что при всех вариантах обработки металла получен химический состав стали в соответствии с техническими условиями, использование фурмы с завихрителем обеспе -чило получение более узких пределов по всем основным элементам. Колебание содержания основных элементов в пробах, отобранных при разливке стали в изложницы, оценивали по методу наименьших квадратов (таблица 2). Исследование проводили на марках стали 15ГЮТ, 2СГЮТ.

Таблица 2.

Измене.-ле содержания элементов в лонжеронной стали в процессе разливки при наполнении от первой до последней изложницы

фурма !_ Коэффициент коррелятам_

_Г S ! Р ¡ А?а • ! С ! S¿

с завихрителем 0,521 0,660 0,678 0,532 0,617

цилиндрическая 0,499 0,563 0,379 0,463 0,499

Как-следует из таблицу 2 при использовании фурмы с завихрителем». в результате интенсивного перемешивания ванны, металл

имеет более постоянный химический состав по объему ковша. Значительно уменьшается разница в содержании серы, фосфора, марганца, кремния и углерода в объеме коЕша. Количественную оценку загрязненности неметаллическими включениями стали, полученной при продувке через опытную и обычную фурмы, проводили по максимальному баллу.

Металлографическое исследование показало положительное влияние турбулентного закрученного газового потока на удаление неметаллических включений из расплава в шлак. Полученные результаты представлены в таблице 3. Количество плавок, которые по чистоте стали оказались выше или остались без изменения, соста -вило для фурмы с завихрителем 60%, что превышает показатель для цилиндрической фурмы на 6,5%.

Таблица 3.

Влияние продувки стали через фурмы различной конструкции на чистоту стали

З^урма !Всего! Содержание НВ в образцах стали после

! образ!__^_ продувки ___

! цов !полее загряз-!Очищенные образ-!Оставшиеся Оез

! 'ненкые по НВ !_цы ! изменения

! !кол-во,! % ! кол-во,! % Гкол-во,' 1 % __]_) пт !_1 шт !_? ит '_

с завихрите- 30 6 20,00 17 56,67 7 23,33

л ем

сшинашчее- 14 4 28,57 7 50,00 3 21,43

кая

Загрязненность стали неметаллическими включениями характеризовалась сл едующими данными (таблица 4). Металлографический ана-тз проб стали до и после обработки азотом в коЕпзе выявил существенное снижение хрупкого силиката и корунда строчечного, при пс-гользовании фурмы с завихрителем. Корунд точечный отсутствовал ;олностью. Уменьшение неметаллических включений связано с ЕЫрзв -иванием химического состава в объеме ковша и уменьшением созер -ания кислорода в стали. Уменьшение среднего балла сульфидов не тмечено, количество их в каждом отдельном случае определяется эдержанием серы в исходном металле.

Таблица 4.

Влияние конструкции фурмы на загрязненность стали неметаллическими включениями

Фурма ! Содержание неметаллических включений,баллы

ТКпупкие '.пластичные! Корунд !Коруд ' Нитриды! Нит ¡силикаты !силикаты !строчечн.¡точечный!строчеч'то--_]_!__!__!__! ные !чеч

с завихрителем 1,42 4,25 1,58 - 2,0 1,6

цилиндрическая 4,13 4,38 3,00 1,25 2,0 2,0

По результатам механических испытаний Еесь металл, обработанный азотом через фурму с завихрителем, соответствовал требованиям ГОСТа и техническим условиям. Анализ исследований показывает, что при обработке стали в ковше турбулентной газовой струей повышается предел прочности и текучести испытанных образцов. Несколько более высокие прочностные свойства образцов марок стали Юсп и Зсп для цилиндрической фурмы объясняются более ексоким содержанием в стали упрочняющих элементов: кремния, углерода и марганца.

При использовании цилиндрической фурмы и фурмы с завихрителем для продувк:. расплавленного металла азотом установлено, что потери тепла в ковще существенно не отличаются друг от друга и составляют в среднем 2,9 грац/мйн. Как показала практика, продувка стали в ковше не вызывает повышенного износа футеровки и не влияет на количество ремонтов ковшей.

"ЗАКЛЮЧЕНИЕ I. Проведенными исследованиями показано, что истечение потока газа через сопло осуществляется через стадии образования и разрушения динамических структур, что обуславливает дискретный характер истечения струи. Экспериментально обнаружено волнообразное распределение статического давления по длине газовой струи.

Рассчитано расстояние от торца сопла до участка струи, гее возникает зона максимального разрежения.

Исследован характер взаимодействия газовых струй, истекающих через сопла различной формы, с жидкой ванной. Изучены особенности перемешивания жидкости и рекомендовано применение завихрителей газового потока. Установлено, что повышение турбулентности струи газа при продувке металла целесообразно осуществлять за счет увеличения их скорости до определенных пределов, т.к. при приближении скорости к звуковой требуются мойные зутье-ЕЫе устройства..Более эффективным в этих условиях является использование турбулентных закрученных струй.

2. Разработана конструкция завихрителя с оптимальным шагом спирали и длиной винтовой вставки, позволяющего получить минимальный перепад давления газа на завихрителе и максимально тур -булентный закрученный газовый поток на выходе из сопла фурмы.Установлено, что время перемепивания жидкости для такой фурмы ми -нимальное. Получены математические зависимости, позволяющие рассчитать оптимальные режимы продувки.

4. Промышленные испытания фурмы новой конструкции показали, что стойкость фурмы с разработанным завихрителем более чем в 1,6 раза выше стойкости фурмы, применяемой в цехе. Эксплуатация фурмы новой конструкции обеспечивает повышение интенсивности пере -мешивания расплава при более спокойном ходе продувки, снижает количество всплесков, выход годного увеличился на 0,3?. Внедрение фурмы в производство позволило снизить заметалливание ковшей. Количество чистых ковшей возросло на 6,9?.. Обработка металла турбулентной закрученной струей снижает химическую неоднородность в ковше I". способствует равномерному распределению элементов в :литках.

Использование фурмы с завихрителем при внепечной обработке стали обеспечивает улучшение механических свойств, уменьшение общего количества неметаллических включений. Средний балл по неметаллическим включениям для цилиндрической фурмы равен 3,287, для фурмы с завихрителем - 2,615.

Промышленные испытания фурмы с завихрителем газового потока показали, что применение турбулентного перемешивания расплавленного металла позволило расширить возможности внепечной обработки. Новые технические решения защищены авторскими свидетельствами. Экономический эффект составил 136602 рубля.

Основные материалы диссертации опыбликованы в работах:

I.Максимов й.В..Бухрякова Э.П.»Изместьева O.A. и др. Фурма для продувки жидкого металла газами. "Металл и технический прог-расс" Труды Всесоюзной научно-технической конференции. М.: Металлургия, 1987, с.58-59.

2.Максимов Е.В..Торговец А.К..Изместьева O.A. и др. Изучение характера взаимодействия газовой струи с жидкой ванной на холодной модели. Межвузовский сборник научных трудов. Алма-Ата,КазПТИ, 1937,с.115—119.

3.Изместьева O.A..Бухрякова Э.П..Щерба B.C. Исследование гидродинамики жидкой ванны при продувке газовыми струями. "Со -вершенствование технологических процессов литейно-металлургичес-кого производства", Сборник научных трудов. Караганда,1966,

с.32-38.

4.Максимов ¿.В.,Бухрякова Э.П..Изместьева O.A. и др. Новая фурма для внепечной обработки стали'в ковше. Бюллетень Черметин— формация,I98L, .fe,с.33-34.

5.Изместьева O.A..Торговец А.К.,!Дерба B.C. и др. Промышленные испытания фурмы с завихрителем газового потока для внепечной

обработки стали. Тезисы покладов Межотраслевой научно-практической конференции. "Рациональное использование промышленных отходов в регионе". Караганда,1909,с.47,

6.Изместьева O.A.,Максимов Е.В. Исследование процессов перемешивания металлов в ковше. Труды П научно-технической конференции. Пути улучшения газомеханики металлургических шихт. Ка -раганца,1990,с.29.

7.Максимов Е.В..Изместьепа O.A..Торговец А.К, и др. Фурмы с завихрителем газового потока для внепечмой обработки стали. "Сталь", №3,1990,с.Ь3-Ь4.

б.Изместьева 0.А..Максимов Е.В.,Щсрба B.C.,Торговец А.К. Сокращение потерь металла при пнепечной обработке стали в ковше. Тезисы докладов международного симпозиума. "Проблемы экологии в металлургическом производстве-90", Мариуполь,ноябрь 1990. М.: 1990,с.68-69.

9. 4846553/02 28.03.91 Максимов Е.В.»Изместьева O.A..Торговец Л.К.,Щерба B.C..Кутергин Н.Г..Бухрякова Э.П.Мойкин В.Н. "Фурма

10. 4807906/02/106564 29.04.91. Изместьева O.A., Магсси -

мов Е.В..Торговец A.K. "Фурма".

j

Отпечатано в институте КарагандаГЛНЗ,ул.ГЬголя,29 Заказ 844 100 экз.