автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка энергосберегающего дутьевого режима конвертерной ванны с целью повышения эффективности производства

На правах рукописи

КАРПЕНКО ГАЛИНА АБДУЛАЕВНА

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ДУТЬЕВОГО

РЕЖИМА КОНВЕРТЕРНОЙ ВАННЫ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

специальность 05.16.02 - «Металлургия черных, цветных и редких металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006 год

Диссертационная работа выполнена

на кафедре металлургии стали Московского государственного института стали и сплавов

(технологического университета) и кафедре металлургических и теплофизических процессов СТИ (ф) МИСиС

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Меркер Э.Э.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Сборщиков Г.С. кандидат технических наук, доцент Степанов А.Т.

Ведущее предприятие: ОАО «Северсталь» — Череповецкий металлургический комбинат

Защита состоится « 23 » марта 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 212. 132. 02 по присуждению ученых степеней в области металлургии черных, цветных и редких металлов при Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) по адресу: 119049, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 6, ауд. 305.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИСиС.

Автореферат разослан « 20 » февраля 2006 г.

Справки по телефону (495) 237-84-37, факс (495) 236-82-17

Ученый секретарь />^0

диссертационного совета Д. 212. 132. 02, (У //

доктор технических наук, профессор —---"Семин А.Е.

ХООвА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Известны дутьевые режимы и различные методы дожигания оксида углерода в рабочем пространстве кислородно-конвертерных агрегатов, позволяющие использовать дополнительное тепло от сжигания оксида угаерода (СО) кислородом (Ог) для интенсификации тепловых и технологических процессов плавки стали, повышения доли металлолома и снижения расхода чугуна на процесс, улучшения технологических, энергоэкологических и технико-экономических показателей производства.

Однако эти методы продувки обладают существенными недостатками, заключающимися в том, что до настоящего времени не определены оптимальные условия проведения дутьевого режима с дожиганием СО кислородом над зоной продувки в конвертере с учетом влияния изменения уровня, состояния и свойств вспененного шлака на тепловые и технологические процессы плавки стали.

Актуальность работы заключается в необходимости разработки энергосберегающей технологии конвертерной плавки стали и определяется перспективностью дальнейшего развития конвертерного процесса на основе повышения интенсивности продувки ванны и более эффективного использования тепла от дожигания СО кислородом. Представляется целесообразным уточнить существующие теоретические положения о возможности дожигания СО струями 02 над поверхностью металла в зоне продувки с учетом влияния вспененной ванны.

В этой связи, проведение экспериментальных исследований в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях является крайне необходимым и весьма актуальным. Кроме того, внесение уточнений к теоретическим основам позволяет создать исходные предпосылки для построения корректной математической модели дожигания СО струями 02 в системе встречных газовых потоков над зоной продувки в конвертерном агрегате.

Целью работы является разработка энергосберегающего дутьевого режима конвертерной ванны на основе интенсификации и оптимизации режима дожигания СО в рабочем пространстве агрегата, позволяющего повысить рас-хйд лома в завалку, снизить расход чугуна и улучшить технико-экономические показатели процесса. Уточнение теоретического представления о механизме горения оксида углерода в струях кислорода и передачи тепла при воздействии струй дожигания на поверхность жидкого металла с учетом влияния вспененного шлака над зоной продувки.

Для достижения указанной цели автором предусматривалось решение следующих научно-технических задач:

— провести анализ существующих методов и режимов дожигания СО кислородом в конвертерах различного типа и определение направлений совершенствования их тепловых, дутьевых и технологических режимов шавки стали,

— обосновать экспериментально и теоретически эффективность использования режима дожигания СО в струях 02 при образовании и взаимодействии системы встречных газовых потоков (ВГГТ) в объеме газошлаковой ванны над зоной продувки конвертера;

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ { БИБЛИОТЕКА ]

—на основе изучения теплового баланса и термодинамического анализа процесса дожигания СО в струях 02 определить наиболее предпочтительный дутьевой режим и оптимальный вариант конструкции фурмы при рассмотрении всех известных способов дожигания СО в отходящих газах в полости конвертера над шлаком, в шлакогазовом объеме вспененной ванны, вблизи поверхности высокотемпературной зоны продувки и вне этой первичной реакционной зоны;

— определить экспериментально и теоретически обосновать наиболее эффективный режим дожигания СО в конвертере с обеспечением оптимальных условий совмещения участков тепловыделения и усвоения тепла поверхностью металла без воздействия высокотемпературных факелов дожигания на футеровку конвертера и ухудшения технологических показателей шлакообразования, нагрева и обезуглероживания ванны;

— разработать теоретические положения и адаптированные физико-химические и теплофизические модели конвертерного процесса при использовании режима дожигания СО струями 02 в объеме газо-шлако-металлической эмульсии (ГШМЭ) над зоной продувки агрегата с целью совершенствования алгоритма управления параметрами тепловой работы конвертера и улучшения технологических показателей плавки стали;

— совершенствовать технологию конвертерной плавки стали на основе разработки энергосберегающего процесса с верхней и комбинированной продувкой расплава при оптимизации расположения газоструйной системы из Ог для дожигания СО над зоной продувки с учетом использования надежной информации о параметрах режима наводки шлака, вспенивания и изменения уровня шлаковой ванны.

Объект исследования": кислородно-конвертерный процесс с применением верхней, донной и комбинированной продувкой металла кислородом и использованием типовых, двухконтурных и двухъярусных кислородных фурм, а также газодинамические стенды для исследования системы встречных газовых потоков, модели и установки для изучения процессов конвертерной плавки при интенсификации режима дожигания СО кислородом.

Предмет исследования: математические зависимости, устанавливающие взаимосвязи между параметрами дутьевого режима конвертерной ванны и системы встречных газовых потоков над зоной продувки агрегата, и использующиеся для оптимизации и согласования хода процессов дожигания СО в струях 02, теплопередачи в системе шлак-металл, обезуглероживания и окисления примесей металла в процессе плавки стали.

Автором выносятся на защиту:

— экспериментальные данные, теоретические и практические результаты исследования влияния параметров газоструйной системы то 02 на эффективность дожигания СО в ГШМЭ над зоной продувки в объеме конвертора с учетом влияния вспененного шлака и теплофизических свойств отходящих из ванны технологических газов;

♦Автор искренне благодарен зав кафедрой проф , дтн Казакову С В , проф , дтн Окорокову Б.Н., проф., д т.н Лузгину ВП за систематическую помощь и весьма ценные замечания при выполнении работы

-5— результаты исследования аэродинамических свойств газоструйной системы при организации ее над зоной продувки и взаимодействии со встречным потоком отходящих из ванны газов, а также опытные данные по дожиганию СО в струях 02 и влияния этого процесса на интенсификацию теплообмена в шлаке, шлакообразование и технологические показатели плавки стали;

— комплексная математическая модель процесса дожигания СО в струях 02 при их погружении во вспененный шлак, алгоритм расчета и результаты моделирования процессов дожигания СО в системе ВГП над зоной продувки, особенности теплопередачи от факелов дожигания к шлаку и массообмена между газоструйной системой и поверхностью металлической ванны конвертора.

— теоретические положения и обоснование принципа организации дутьевого режима конвертерной ванны с дожиганием СО струями 02 в объеме ГШМЭ при учете структурных и теплофизических особенностей реакционной зоны продувки.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

— установлены закономерности изменения тепло- и массообменных характеристик в барботируемом газовспененном шлаке при движении в нем струй 02 для дожигания СО во встречном потоке отходящих из зоны продувки газов;

—показано, что при организации режима дожигания оксида углерода струями кислорода в объеме газошлаковой эмульсии и при рациональном размещении системы струй дожигания над поверхностью металла вне высокотемпературной области расплава параметры тепловой работы конвертерной ванны заметно улучшаются;

— разработаны принципы обеспечения энергосберегающей технологии конвертерной плавки стали на основе получения и использования избытка тепла от дожигания оксида углерода в струях кислорода над зоной продувки;

— создана математическая модель для определения газодинамических и теплофизических характеристик, учитывающая закономерности движения струй, протекание массообменных и тепловых процессов в них во взаимодействии с потоком отходящих газов в объёме газошлаковой эмульсии, что позволяет прогнозировать параметры дутьевого, теплового и технологического режимов плавки стали.

Практическая значимость работы

Предложены к использованию алгоритмы и комплекс программ для расчета параметров дутьевого и технологического режимов с дожиганием оксида углерода, оценки степени дожигания и определения эффективности теплообмена на поверхности раздела шлак-металл в ванне агрегата.

Разработана усовершенствованная технология конвертерной плавки при использовании двухъярусной фурмы, позволяющая осуществлять в синхронном режиме процессы дожигания оксида углерода над зоной продувки, наводки шлака, нагрева и обезуглероживания металла с улучшением технико-экономических показателей работы агрегата.

Предложены для использования в учебном процессе оригинальные установки и методика исследования на физических моделях режимов продувки

жидкостей газами, поведения уровня вспененной ванны, ее газонасыщенности, изменения структуры и уровня границы раздела шлак - металл в ванне.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 2-оЙ и 3-ей международных научно-практических конференциях «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии», МГИСиС, Москва 2000 и 2002 г.г.; международной научной конференции РАЕ «Технология - 2003». Анталия (Турция), май 2003.; международной научно-практический конференции «Рациональное использование природного газа в металлургию), Москва, МГИСиС, ноябрь 2003 г.; международной П1 научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистров, г. Гомель (Беларусь), апрель 2003 г.; международных научных конференциях «Образование, наука и производство в XXI веке», г. Старый Оскол. СТИ (ф) МГИСиС, декабрь 2003 г. и октябрь 2004 г.; международная научная конференция РАЕ «Наукоемкие технологии», Турция (г. Анталия), 2005 г.; 5-ой международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», г. Череповец (ЧГУ) октябрь 2005 г.; на научных семинарах кафедры металлургии стали МГИСиС (ТУ), г. Москва.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (100 наименований), приложения и изложена на 147 страницах, содержит 24 таблицы и 73 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и показаны перспективы применения нового дутьевого режима с дожиганием СО струями <Э2 в объеме ГТЦМЭ над зоной продувки в конвертере, позволяющего совершенствовать технологию плавки стали и повысить эффективность кислородно-конвертерного процесса в целом, а также сформулированы актуальные предпосылки и задачи исследования.

В первой главе «Анализ состояния исследуемой научно-технической проблемы» дается развернутая характеристика известных технологических режимов конвертерной плавки стали, использующих различные способы и устройства для дожигания СО кислородом с целью обеспечения максимально возможного использования этого дополнительного тепла в приходной части теплового баланса и повышения термического к.п.д. агрегата, интенсификации тепловых и технологических процессов плавки, улучшения энерго -экологических и технико-экономических показателей процесса.

Анализ научно-технической литературы по данной проблеме показывает, что применение различных существующих методов и устройств для дожигания оксида углерода в конверторе является недостаточно эффективным по степени использования тепла от факелов дожигания, так как существующие типовые дутьевые режимы не позволяют полностью решить как энергетическую задачу (коэф. дожигания т] —>тах), так и теплотехническую (коэф. по-

лезного теплоиспользования т^-^тах), то есть обеспечение максимальной теплоотдачи от факелов дожигания СО к шлаку и металлу в ванне.

Для решения этих важных народно-хозяйственных задач необходимым является проведение ряда экспериментов по изучению особенностей горения СО в струях 02 при их распространении в объеме ГШМЭ навстречу высокотемпературному потоку отходящих из зоны продувки газов. При этом представляется необходимым определять размеры и координаты распространения

области ГШМЭ, а также находить оптимальные условия взаимодействия с ней газоструйной системы из 02, масссообмена и горения СО в этих струях с тем, чтобы достигнуть максимального эффекта не только по теплогенерации в системе ВГП, но и повысить теплоотдачу к шлаку и металлу, снизить степень износа футеровки и вынос пыли из ванны, интенсифицировать процессы шлакообразования, де-фосфорации, десульфу-

Рисунок 1 Экспериментальная установка для исследования Рации' нагрева и обе-аэролинамических свойств системы встречных газовых потоков, зуглероживания метал-1 - камера давления (ресивер), 2 - цилиндр (сопло), 3 -держате- ла в конверторе, Т.е. соли; 4 - экран; 5 - дренажные отверстия; 6, 13, 14 - микромано- вершенствовать техно-метры; 7 - сопло отдува, 8,12 - дутье (воздух), 9 и 10 - винты, 11 логию плавки стали. - диафрагма; (р0 - р„) - избыточное давление полное; (рх - р.) - Повышение техно-избыточное давление по микроманометру; <10 = 0,005 м логической и энергети-

ческой эффективности кислородно-конверторного процесса неразрывно связано с необходимостью обеспечения максимального дожигания СО над зоной продувки агрегата. Тепловая работа конверторов всех типов при продувке ванны кислородом определяется не только условиями взаимодействия зон генерации тепла и технологического процесса, но и в значительной степени зависит от гидродинамических условий образования и размера реакционной зоны продувки, характера движения отходящих из нее технологических газов, а также зависит от интенсивности режима дожигания СО и протекания процессов тепло- и массообмена по вертикали в системе металл-шлак-атмосфера в рабочем пространстве агрегата. Для исследования закономерностей образования и характеристик реакционной зоны продув-

ки использовали установки и метод холодного моделирования. Масштабы моделирования выбирали исходя из условий идентичности критериев Архимеда и Фруда на образце и модели, а также Рейнольдса, Вебера и др. Изучение свойств газовых струй в системе ВГП осуществляли в автомодельной области по критерию Рейнольдса. Процессы дожигания СО в конвертере и массообмена в системе газ-шлак-металл изучали с использованием двухъярусной фурмы с различным числом и конструкцией сопел.

Аэродинамические свойства одиночной газовой струи и системы газовых струй изучали на установке (рис. 1), позволяющей снимать газодинамические характеристики наклонных струй при их взаимодействии со встречным газовым потоком, как в изотермических, так и в неизотермических условиях движения этих потоков.

Исследования проводили в лабораторных, полупромышленных и производственных условиях на установках горячего и холодного моделирования, а также на 5 т конверторе ОАО «СОМЗ» с комбинированным воздушным дутьем с последующей компьютерной обработкой опытных данных и использованием математических моделей. Математическую обработку экспериментальных данных осуществляли на ЭВМ методами парной и множественной корреляции по различным параметрам работы агрегатов. Для получения этих данных использовали приборы и оборудование, установленные на установках и агрегатах. Пробы металла и шлака отбирали по ходу продувки металла кислородом (воздухом) через двухъярусные фурмы с отдувом и последующим их химическим анализом.

Изучение теплофизических характеристик движения системы газовых струй из Ог при взаимодействии со встречным потоком проводили на специ-

Рисунок 2. Схема двухъярусного метода продувки конвертерной ванны кислородом: 1 - головка фурмы, 2 - сопло с нарезной, 3 - корпус, 4 - головка с соплами дожигания, 5 - уровень шлака, 6 - корпус, 7 - система подачи Ог 8 - подача охладителя, 9 - подача 02 и порошка, 10 - струя дожигания, 11 - струя дутья, 12-лунка струи дожигания, 13 - лунка дутья, 14 - вихревой поток из 02 (порошка или аргона), 15 - зона продувки, 16 - объем металла

альной установке, имитирующей горячую модель 250 т конвертора. Продувку металла кислородом осуществляли с помощью водоохлаждаемой двухъярусной фурмы с расходом 02 на продувку около 0,8 м3/мин., а на дожигание СО в пределах 0,2-0,4 м3/мин.

Основными параметрами, характеризующими эффективность действия газоструйной системы (ГСС) из 02 по дожиганию СО над шлаком или в объеме шлакогазовой эмульсии над зоной продувки в конверторе, приняли: Т1С0= С02/(С0 + С02) — коэффициент дожигания СО струями кислородного дутья в зоне продувки; эффективность дожигания СО в системе ВГП над зоной продувки конвертора в виде: 9 = 1- {СО}в/ {СО}0, где СО0 и СО^ - содержание СО во встречном потоке до и после дожигания СО; т) = 1 -Юу*г+ Я„-тУ (Оф" + О экзр+ ЕО."") = 1 - КО^+Я^У 0,] ~ коэффициент полезного теплоиспользования в конверторе, где 0 \ О р, Е0мяож — физическое тепло чугуна, тепло экзотермических реакции и оШцее количество тепла, полученное от дожигания СО; О г и япог — тепло уходящих газов и другие потери в конверторе; термический к.п.д. дожигания СО в струях 02 системы ВГП: Т1т= (^/^„Г= (<3^ + 0СО-)/ (Ут~- (}„), где С^™, С^" - тепло, поступившее в шлак и металл; V - количество дожигаемого СО и теплота его сгорания; С!со»= " рх-рв-(¡¿32/22,4) = • р„- (1 -{02}5) • • (32/22,4), где — расход 02 в струях дожигания, Ро — доля кислорода, израсходованного на дожигание СО и {02}5 — остаточное содержание 02 в струях дожигания; = Чсолсж'8рз = {еф • ст0[(Тс)4-(Тш)<] + аш • (Т-Тш)} • 5Г Вт, где ц^— удельное количество тепла от дожигания СО, поступившее на нагрев шлака, Вт/м2; Тс, Тш—температура струи и шлака, аш— коэффициент конвективной теплоотдачи в шлаковой ванне; ^бок' п — суммарная поверхность раздельной ГСС из п-числа струй, где — площадь боковой поверхности одной струи. Для объединенной ГСС величина = я(Лрз + ОЬс, где Я ) и г, - радиус зоны продувки и корпуса фурмы; Ц - длина струй; Л®0«^ (С?"!,- <5СО2знвУ0сов — коэффициент использования тепла дожигания при ударе струй о поверхность металла, где <3" и (З^экд— теплосодержание металлической ванны и расход тепла на эндотермическую реакцию восстановления С02. Эффективный коэффициент теплопередачи при ударе струи дожигания о металл: Кзф=

Анализ имеющихся опытных и теоретических данных различных авторов • позволяет предположить, что при организации процесса дожигания СО струя-

ми 02 в объеме шлакогазовой эмульсии (рис. 2) и по мере приближения эпицентра факелов дожигания к поверхности металла повышаются параметры тепловой работы агрегата (т)^, г)00^, г|т). Однако этот вывод требует экспериментальной надежной проверки, что и предусмотрено нами в данной работе. Кроме того, отсутствие комплексной математической модели для расчета параметров взаимосвязи между зоной продувки (рис. 2) и системой дожигания СО не позволяет оптимизировать технологический режим конвертерной плавки.

Во второй главе «Исследование закономерностей образования структуры и свойств газошлакометаллической эмульсии над зоной продувки в конвертере» приводятся результаты исследования на холод'-т/ . гара-

метров реакционной зоны продувки (рис. 2), таких как ее диаметр (Орз) и площадь (5р1), глубина (Ьт) лунок, значение 11х и фактора взаимодействия струй дутья между собой, а также влияние на них величин Агх, Нф, Н£, Ьх, а0, ит, 1о2 с установлением оптимальных геометрических (Ьс, ос., с!х, Нс, втсх. и др.) и газодинамических (Го™, ио, и др.) характеристик газоструйной системы (Рис. 2).

Для получения максимально возможного количества тепла от дожигания СО в струях 02 (Х^со тах) требуется в системе ВГП соблюдать условия:

'Г* > и 'с > 'Г* >т е- импульс потока силы струй дожигания (¡_дож, кх-м/с2) должен превышать поток импульса силы отходящих газов (¡^), а поток импульса силы струй дутья (¡°) в свою очередь превышать значение , кг м/с2.

На водяной модели изучали влияние режима двухъярусной продувки (рис. 2) конвертерной ванны воздухом (кислородом) на размеры и структуру образующейся газошлаковой эмульсии в ванне с использованием метода кинофотосъемки. Установлено, что объем газошлаковой ванны образуется за счет выхода из зоны продувки крупных пузырей в шлак с последующим его вспениванием.

В условиях двухъярусной раздельной подачи газовых струй (воздуха) на

ванну при увеличении соотношения расходов воздуха на продувку (10,) и дожигание (), т.е. при 1о7/101 = 0,1+0,5 при Нф= сопй степень разрушения пузырей в ГШМЭ возрастает за счет механического и массообменного воздействия струй (1о7) на объемы газовых пузырей (канальцев, свищей и др.). Визуальные наблюдения за состоянием поверхности «шлак-металл» вне размеров барботажной зоны продувки (рис. 2) выявили наличие слоя жидкости промежуточного цвета между «шлаком» (маслом) и металлом (вода). Анализ опытных площадок фотообъектов объема ГШМЭ показал, что на шлаковые частицы приходится около 50 % единицы площади (объема), а остальная часть состоит из газовых пузырей, т.е. в реальном конвертере единица объема ГШМЭ состоит на 50 % из СО и С02, что свидетельствует о возможности дожигания СО в газошлаковой вспененной ванне с выделением при дожигании СО в струях 02 шах ) тепла ( С)^ , Вт). Газосодержание жидкости в зоне действия струй дутья из 02 (фж) изучали на холодной модели и установили, что отношение (рк=ЛНи/Н0 характеризует уровень газонасыщенности объема реакционной

зоны продувки, а соотношение 10г /8В соответствует величине газовой нагрузки (ир, м3/(м*-с)), т.е. приведенной скорости потоков дутья на горизонтальное

сечение ванны (в , м2). Значение изменения уровня вспененной ванны АН измеряли относительно начального уровня жидкости. Характер изменения уровня вспененной ванны АНв при двухъярусной продувке жидкости имеет вид:

ДН./Н„ =0,45(и; Н0 -ре/о)Г -(с/^Г. ^ =0,85 . (2.1)

Плотность газошлаковой смеси (рс) находили: рс = 100/(а/рш + Ь/р^ + с/р^), где а, Ь, с — % содержание в ГШМЭ шлака СО и С02; а — поверхностное натяжение жидкости Н/м.

В зависимости от уровня газовой нагрузки ( ир) в зоне продувки конвертерной ванны размеры и состав переходной зоны шлак-металл изменяются, имея в своем составе газовые пузыри, корольки металла и шлаковые частицы. На мощность (объем у) переходной зоны шлак-металл основное влияние оказывает , Нф и толщина шлака Нш, а зависимости у = ^ 102, Нф и Нш)

имеют экстремальный характер. Влияние на у является существенным только в том случае, когда струи дожигания (рис. 2) внедряются или проникают сквозь толщину переходной зоны шлак-металл, причем это обстоятельство, как будет показано ниже, играет существенную роль в теплопередаче металлу от струй дожигания.

Таким образом, анализ данных моделирования показывает, что наиболее предпочтительным для реальных условий работы конвертера является режим подачи струй кислорода на дожигание СО в пределах объема ГШМЭ, где наблюдается наибольшее количество пузырей «свищей» и «канальцев» при выходе потока отходящих газов из зоны продувки агрегата.

В третьей главе «Исследование закономерностей взаимодействия газоструйной системы дожигания со встречным потоком и анализ теплообмена в объеме газовспененного шлака» изучали особенности взаимодействия системы турбулентных газовых струй со встречным потоком на газодинамическом стенде (рис. 1) без учета влияния шлака, а так же по результатам обработки опытных данных работы 5 т. и 250 т. конвертеров и по результатам математического моделирования. Для исследования характера движения системы газовых струй при отсутствии встречного потока, а также для изучения их свойств при наличии системы ВГП применили установку (рис. 1) с различным числом сопел п = 3+6, углом их наклона 154-45°, диаметрами головки корпуса фурмы = 6-И 8 мм. Для анализа эффектов взаимодействия струй между собой и качественной оценки явлений измеряли скорости по длине и сечению струй трубками Пито или Прандтля. Были проведены исследования по измерению скоростей в струях и по оси системы ВГП при различных значениях конструктивного числа (Г)/с10) фурмы. Анализ этих данных показывает, что объединение всех струй в одну общую ГСС наступает там, где на определенном расстоянии от торца головки фурмы максимум на оси фурмы превышает максимумы скорости на осях системы струй дожигания. Для достижения максимального эффекта по дожиганию СО в ГШМЭ над зоной продувки (рис. 2) следует рекомендовать режим объединения струй дожигания в системе ВГП. Для пятиструйной газовой системы при Е)/с10 = (2,5+7,5), а/2 = (8°+15°) и Ь. / с10= (0+60) в зоне объединения всех струй максимальная скорость на оси фурмы на определённом расстоянии от сопел равна:

ит = 2,345 (о/д0Г" (а/2)-1"-(Ь.ЧГ, Г = 0,84; П.1)

где D — расстояние между осями соседних сопел, м; d0 — диаметр сопла, м.

На основе анализа полученных данных основные свойства системы газовых струй формулируются следующим образом: на поведение струй влияют параметры фурмы (n, а/2, D и d0); смещение максимальной скорости от осей струй к оси фурмы свидетельствуют о начале образования объединённой конусообразной газовой струи. Расстояние до горизонта объединения струй в системе ВГП определяли по уравнению:

L°®c = -1,18 + 1,64 • D/d0+ 0,13 • а/2, R2 = 0,88. (3.2)

Установленные зависимости показывают заметное влияние струй (дозвуковых и сверхзвуковых) на свойства всей системы ВГП в реальных неизотермических условиях работы конвертеров.

Зная расстояние L^ и скорость Um как для системы струй дожигания, так и для системы струй дутья из 02, представляется возможным обеспечивать условия по созданию эффекта газодинамического торможения над зоной продувки для поднимающихся потоков отходящих газов с последующим их поворотом в струи дутья, т.е. при этом усредненные потоки импульсов силы для этих потоков в системе ВПТ выражаются неравенством: > > ir Приведенное условие по созданию для потока отходящих газов тормозящего газодинамического эффекта над зоной продувки способствует интенсификации режима горения СО и заметному снижению выноса технологической пыли из реакционной зоны продувки конвертерной ванны.

Исследование характеристик системы ВГП проводили (рис. 1) с использованием экрана (4) и дренажных отверстий (5) для измерения скорости и давления потоков по всей площади встречного газового потока. Струйный поток воздуха создавали с помощью сопел (7), аэродинамические параметры которого фиксировали при углах а = 10, 20 и 30 градусов и различных расходах и давлениях дутья. Для потока воздуха, истекающего из сопла (2) диаметром Dg при натека-нии на экран (4) определяли величины гидравлического сопротивления потока (£) коэффициентов подъёмной силы (Cf) и расхода потока (a J по формулам:

СГ = (1+1Д) Haoo=l/^,me4 = l+(p0-pa) s/ioo. (3.3)

Здесь S = n-YPJA - площадь поперечного сечения потока, м2, (р0 - р ) = р„

— перепад давления измеренный манометром (13), а значение (p0-ps)S—сила

давления потока, кг-м/с3. ¡д, = тс • Dq / 4 • (р^ -и^/2) — поток импульса силы

на выходе из зоны продувки поднимающегося газового потока, Н, где р о и йю

— плотность, кг/м5 и скорость этого потока, м/с.

В результате обработки экспериментальных данных установили, что для отношения h/D0 от 0 до 2 значения Ср % и ав изменялись следующим образом: при h/D0= 0 величина Cf = 1, а импульс потока =Cf pm S соответствует состоянию потока на выходе из сопла (2), где p^ S — сила давления потока, кг м/с2. Далее по мере увеличения h при D0 = const величина i возрастает вдвое, т.к. при значениях h/D0= 1,2+1,5 достигает своей наибольшей величины коэфф. Cf ¡в 2. При изменении h/D0 в диапазоне от0 до 1,5 коэффициент \ уменьшает-

ся от оо до 1, а коэффициент расхода наоборот, возрастает от 0 до 1. Таким образом, для отношения 1,2 < h/Dn < 1,5 значение С,» 2, т. е. i =2 р S= ir .

. . О 7 f ' ® reo CHX

Увеличение до при Cf->2 и h/D 0 = 1,2+1,5 обусловлено ростом сил давления на экран (поверхностью торможения) благодаря усиливающемуся динамическому действию восходящего газового потока.

Таким образом, при создании системы ВГП над зоной продувки поток

импульса силы струй дожигания if" должен быть равен или несколько превышать среднее значение фактического потока импульса силы отходящих газов (i^), т.е. следует соблюдать неравенство: if* > ir где i™"^ = рс • I™ • üc, а

= 0,25 • я- D*, p. üi. Здесь — поток импульса силы отходящих газов, учитывающий сопротивление шлака и встречных струй дожигания.

При соблюдении равенства i«"^ = i1^ требуемый расход 02 на дожигание СО в системе ВГП должен составить:

= 0,25*-DI, -р„-йУ(рс йс), м3/с. (3.4)

На основе выполненных исследований разработали математическую модель и алгоритм расчёта газодинамических параметров системы ВГП, позволяющего оптимизировать условия распространения газоструйной системы (ГСС) при взаимодействии ее со встречным потоком и вспененным шлаком в области ГШМЭ.

Результаты моделирования режимов продувки жидкости воздухом подтвердили наличие вокруг корпуса фурмы (рис. 2) значительного количества газовых потоков (крупных пузырей, свищей, канальцев) при выходе их из зоны продувки. Соответствующим подбором конструктивных параметров (а, d , Н , п) верхнего многосоплового узла фурмы определили оптимальный дутьевой режим, создающий наилучшие условия по разрушению этих пузырей во встречном газовом потоке, а следовательно, обеспечивающий наибольший контакт между кислородными струями и газовым потоком для повышения степени дожигания СО в объеме ГШМЭ над зоной продувки агрегата.

Для анализа эффективности теплообмена в газошлаковой ванне при дожигании СО в области ГШМЭ струями 02 использовали зависимость тепловых потоков Д qg^ , Вт/м2 от температуры шлакового расплава (tm, °С) на ос-I нове уравнения:

ДЧс» =«ш At = am(tc-tUi)=£Q*J*/Siii, (3.5)

где = У^*-рш-10,15103, кВт; V™ — расход СО в струях дожигания,

м3/с; рет — плотность СО, 1,25 кг/м3; 10,15103 — удельное количество тепла при дожигании 1 кг СО, Дж/кг; 8щ - поверхность контакта струй со шлаком, м2; t — температура струй дожигания в шлаковом объёме агрегата, °С; а — коэффициент теплоотдачи в системе шлак - газовые струи дожигания CÖ до С02, Вт/(м2-°С); ]Г Q™* — тепло в системе ВГП при дожигании СО струями О , к Дж

В качестве определяющего газодинамического фактора приняли скорость омывания (\Уо, м/с) газовыми потоками тепловоспринимающей поверхности шлака в барботируемом вокруг корпуса фурмы расплаве в следующем виде:

™0=й;/фж=(1£'/8>)/(ЛН,/Но), (3.6)

где АН^ — высота вспененной ванны относительно ее начального уровня Но, м; фж — газонасыщенность ГШМЭ при действии струй дожигания.

При определении аш использовали критериальную зависимость для газоструйной системы: ТЯиш= 0,0435-Не°'8Рг°'4\ где № = ашЦ IX, Яе= >У0-с10/у, Рг = у/а = V- р- с /X —- критерии Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля соответственно; у, р, с , X, а — коэффициент кинематической вязкости газа, плотность и теплоёмкость расплава, коэффициенты тепло- и температуропроводности газа.

В качестве образца для анализа эффективности теплообмена использовали 250 т конвертер с продувкой ванны двухъярусным потоком 02, т.е. при разных

соотношениях I" /10]. В результате математической обработки паспортных и опытных данных 12 плавок с учётом принятых свойств шлака (X, V, р и с ) при различной газонасыщенности его (срж) и газовой нагрузки ир получены следующие регрессионные зависимости:

= 11,5 • 102 /102)- 46,3 ■ 104 • ф, - 31,9 • 104, Я2 = 0,46;

= 69,10 • 103 + 2Яе+22,4-10* -Ц,, Я2 =0,51; (3.7)

= 130• аш + 31,2 • 102 • 1с - 54,65 10®, Я2 =0,78, где 1с - температуру струи дожигания рассчитывали из данных теплового баланса горения СО в 02, °С.

Из анализа выражений (3.7) следуют важные выводы о том, что эффективность теплообмена в системе шлак - струя - металл возрастает до определённых пределов при повышении параметров / 10г, Яе, и уменьшении фж. Причем некоторое снижение уровня газонасыщенности шлака (фж), после дей- <

ствия струй дожигания вызвано подсасывающими и механическими свойствами этих струй, что сказывается затем на снижении уровня АН/Н0 с выделением тепла в шлак при двухъярусной продувке ванны кислородом.

На основе проведённых исследований созданы газо- и гидродинамические модели и алгоритм расчёта параметров дутьевого режима, позволяющего определять диаметр и поверхность зоны продувки, расход и скорость отходящих газов и устанавливать оптимальные газодинамические характеристики для струй 02 в системе ВГП над ванной.

В четвертой главе «Исследование технологического режима конвертерной плавки при различных условиях дожигания СО над зоной продувки с учетом влияния шлака» приведены и анализируются экспериментальные данные полученные на горячей модели 50 кг конвертера и в промышленных условиях на 5 т конвертере ОАО «СОМЗ» при выплавке кислой

уптеродистой высокремнистой стали ([С] ~ 1,0 %; Si = 0,8-0,9 %; Мп = 0,70,8 %;PhS <0,10%).

На 50 кг лабораторном конвертере продувку жидкого чугуна кислородом осуществляли через двухъярусную фурму с изменением расхода 02 на дожигание

СО в пределах / I0j = 0,2-И),5 и изменением положения сопел дожигания над металлом, т.е. при значениях Н, = 0,05; 0,15 и 0,25 м. Индукционную печь накрывали сверху кожухом для

Соотношение расходов кислорода,

1ST/жо, имитирования конвертер-

од о,2 0,3 0,4 0,5 ,п нога агрегата, а по ходу

продувки ванны 02 осуществляли отбор проб металла и шлака для последующего их анализа на основные элементы. Температуру металла и шлака измеряли по ходу плавки термопарой с электродами типа ПР - 30/6, а для обеспечения вспенивания шлака с погружением струй дожигания в него присаживали до 5 кг извести, плавикового шпата и кок-сика.

Результаты обработки опытных данных показывают (рис. 3), что при

Io2 = const повышение рас-

1Д0, ,, хода О на дожигание СО,

гание СО и продувки металла 10г / 1Сг в ванне эксперименталь- те. пр,; увеличении ОГНО-

ной установки, а также изменение Ve в конвертере (б) по ходу продувки при использовании дожигания СО струями воздуха и при шения 'ог ' 'о, > ДЛИтель-типовом режиме дутья, те без использования 2-х ярусной фурмы НОСГЬ ГШЭВКИ (т) снижает-

(^=3,м'/(тмин.), 1 и2 - = 0,75 м7(тмин.), 1^=0) СЯ ?"9 О™5"'

' ность шлака Z(FeO) и его

температура (t ) возрастают в соответствии с уравнением регрессии:

40 60 80 100 Время от начала продувки, %

Рисунок 3 Регрессионные зависимости 1ш и длительности плавки (т, мин) от соотношения расходов кислорода (а) на дожи-

т = -19,384(102ДОЖ /102) + 25,6 ; R2 = 0,85,

E(FeO) = 13,5 + 0,19(/ 10г) + 0,03(Н /d); R2 = 0,8,

t_ = 1465 + 1,2( I- / 10г) + 0,53(Нс / d); R2 = 0,7.

(4.1)

(4.2)

(4.3)

Надежность приведенных уравнений подтверждается достаточно высокими значениями коэффициентов корреляции (Я). Факт увеличения £(ТеО) с 15 до 25 % при увеличении Н /с!, где с! — диаметр сопел дожигания, объяг нчстся

с одной стороны, превышением расхода 02 в струях системы ВГП (при увеличении То* /) над теоретически необходимым для дожигания СО, а с другой стороны возвращением в шлак большего количества брызг (пылей) металла, состоящих на 90 % из железа и его окислов. Заметное повышение температуры

шлака (рис. 3) при увеличении / 10г и Н. / с!с вызвано существенным увеличением прихода тепла в шлак при дожигании СО в струях 02 системы ВГП.

Наиболее интенсивный режим обезуглероживания металла (Ус-«пах) наблюдается (рис. 3, б) в середине и во второй половине режима продувки, что объясняется объемным кипением ванны с учетом наличия более высокой окис-ленности шлака при воздействии струй дожигания на него.

Влияние режима двухъярусной продувки (рис. 2) на технологические показатели плавки изучали на 5 т конвертере с боковым воздушным дутьем. Установлены более высокие значения температуры и окисленно-сти шлака (рис. 4) по сравнению с типовой бессемеровской плавкой.

Следовательно, при использовании двухъярусной фурмы для продувки конвертерной ванны кислородом (рис. 2) можно устранять дефицит кислорода, поступающего в шлак,

как в начальной, так и во второй период (при свертывании шлака) плавки, что позволяет интенсифицировать не только режим наводки шлака, но и процессы нагрева (У() и обезуглероживания (V.) металла.

В зависимости от расхода воздуха на боковое дутьё и от соотношения расходов кислорода температура (рис. 3) и окисленность (рис. 4) шлака возрастают, длительность плавки и вынос пыли из конвертера снижаются (рис. 4), что объясняется одновременным влиянием газоструйной системы, свойствами и состоянием шлаковой ванны на показатели конвертерной плавки.

Расход воздуха на дожигание ¡^""м 7ч Рисунок 4. Поз. а) влияние соотношения расходов Ог на дожигание СО и продувку (/10, ) на длительность режима продувки 5 т конвертерной ванны и окисленность шлака, поз б) характер изменения температуры шлака (у в 5 т. конвертере и уровень выноса технологической пыли Сп из конвертерной ванны по ходу плавки стали при расходе воздуха на продувку I* = 7500 м3/ч в зависимости от расхода воздуха () на дожигание СО

Установлено, что режим продувки и параметры конструкции двухъярусной фурмы существенно влияют на состав и свойства шлака, а следовательно на износ футеровки конвертера, что сказывается затем на температуре плавления (Г ) и вязкостных свойствах шлака. Результаты обработки промышленных данных работы 250 т конвертеров зависимости вязкости конвертерных шлаков (т]ш, Па с) от температуры (1щ) и содержания (СаО) и (М(*0) приведены ниже:

= -1,5 ■ 10"5 ■ 1ш +1,43• 1<Г'(СаО)1 Я2 =0,45 Л. = -5,6 - Ю-5 ■ гш + 0,019(мё0), Я2 = 0,73 (4'4)

Анализ физических свойств шлака, в которых содержится низкое содержание А1203 и 8Ю2 (являющиеся плавнями) показывает, что конвертерные шлаки имеют более высокую температуру Гш и вязкость г)ш в тот момент продувки (при Ус шах), когда значительно снижается 2(РеО) в шлаке, что безусловно, уменьшает потенциальное рафинирующее воздействие на металл.

Характер изменения концентрации углерода [С] и окисленности шлака £(РеО) для экспериментальных данных работы 5 т конвертера можно выразить уравнениями: [С] = 1,033

-0,119О[ы01/О(ш0) -0,022 т и ДРеО) =

28,68 - 5,31 [С] - 5,78<3^/. Уравнения достоверны, т.к. коэффициенты корреляции (Я) для этих зависимостей превышают значения 0,85. Как было показано выше, применение двухъярусной фурмы в этих условиях позволяет за счёт образования высокотемпературных струй дожигания СО подогревать шлак и одновременно интенсифицировать его перемешивание, что ускоряет процесс растворения извести и повышает Е(РеО), т.е. интенсифицирует в целом режим шлакообразования.

Из опытных данных следует, что по мере увеличения массового расхо-

30

Рисунок 5 Зависимость показателей конвертерной алавки от соотношения расходов воздуха на дожигание СО в шлаке (I) и продув- да кислородною дутья 0[м°! = Ц Ро,

ку металла (I™ =7,5 тыс м7ч), где г|г- терми- (кг/с) показатели процесса плавки за-

ческий кпд дожигания, Р - производитель- метно улучшаются, т к. У£->тах (3 б), ность его, т - длительность конвертерной плав- /_л

«и, пи - коэфф дожигания СО в что позволяет повышать 0(шо) за счет

конвертере, СО и С02 - содержание этах эле- возможности увеличения . ментов в отходящих газах ^ '

На серии опытных плавок для производства стальной дроби продувку 5 т конвертерной ванны по схеме (рис. 2) воздухом осуществляли с помощью двухъярусной фурмы таким образом, чтобы струи дожигания располагались преимущественно в объёме ГШМЭ, т. е. процесс дожигания СО происходил в объёме газовспененного шлака над зоной продувки агрегата вне высокотемпературной области металла. В условиях двухъярусной продувки ванны кислородом (воздухом) предложили использовать критерий оптимальности равный минимуму отклонения текущей окисленности шлака 2(FeO)t от заданной L(FeO)*, т.е.

IML =)!(FeO)t-(FeOy]dT > где (Fe0), = ф^/О« Vc,HJ, (4.5) 'i

Результаты исследования показали (рис. 5), что по мере увеличения расхода воздуха (If", м3/ч) на дожигание СО в ГШМЭ основные показатели плавки заметно улучшаются (табл. 1). Это вызвано усилением турбу-лизирующего воздействия газоструйной системы на объем переходной зоны шлак-металл у > что интенсифицирует процессы горения СО, теплообмен и массоперенос в барбо-тажной ванне (рис. 2), а это обстоятельство в свою очередь ускоряет процессы обезуплеро-Сошношенис расходов кислорода i™/i0] живания и нагрева ме-

талла в агрегате (рис. 3).

Рисунок 6 Зависимости л, от I о°ж / 10,, Н/Нф и г/г0 при до- Из рисунка 6 следу-

жигании СО над зоной продувки в конвертере, где Нф - расстоя- еТ' Чт0 теРмичесКИИ ние головки фурмы до металла, м к. п.д. дожигания (г|т)

над зоной продувки,

равный г|т = Q®0/ £Q»J* = ~ vc0¡ • cr ■ tm )/£<ЗЯГ , возрастает до опреде-

ленного уровня с увеличением расхода 02 (воздуха) на дожигание, но при увеличении t^ значение r|T->const, т.е. достигает своего предела (рис. 6) из-за увеличения потерь тепла с уходящими газами. Здесь Vco2 = 2 цг- If, м3/мин., где цг — степень сплошности ГСС над зоной продувки в конвертерной ванне.

На основе проведенных исследований предложена структура технологической модели и разработан алгоритм расчёта параметров дутьевого режима

конвертерной плавки, позволяющий их прогнозировать по ходу продувки и интенсифицировать процессы наводки шлака, нагрева и обезуглероживания металла при различных режимах дутья в агрегате (табл. 1).

Таблица 1

Технико-экономические, энерго-экологические и технологические показатели плавки при различных дутьевых режимах конвертерной ванны воздухом

№ п/п Показатели процесса Режимы продувки

Типовой с боковым дутьем С применением фурм

2*контурная 2хярусная

1 Производительность конвертера, т/ч 6,5 7,2 8,1

2 Длительность продувки, мин 18,0 16,5 15,8

3 Расход воздуха на продувку металла и дожигание СО, тыс. м3/час 7,5 10,0 12,5

4 Окисленность шлака, Е(РеО): а) в середине продувки, % б) в конце продувки, % 10,8 12,5 12,2 16,8 14,1 19,8

5 Коэффициенты, Г]К[1Т/ пХсо, % 45/20 60/27 75/36

6 Температура шлака и металла в конце продувки, °С 1575/1600 1620/1635 1640/1650

7 Запыленность газов и брызгоунос у горловины, кг/(мг-мин) 1,52 1,08 0,63

8 Скорость максимального обезуглероживания металла, %[С1/мин 0,12 0,18 0,24

9 Расход 02 (воздуха) на по отношению к 1ог (расходу дутья сбоку) 0 0,33 0,66

10 Примечание: способ перемешивания ванны с дожиганием СО над зоной боковой продувки Продувка металла воздухом сбоку при:

без дожигания СО дожигании в зоне продувки дожигании на 2х уровнях

Термодинамические расчеты и анализ процесса дожигания СО в конвертере показали, что реакция горения СО + 0,502 —> С02 в объеме ГШМЭ является необратимой в интервале до 2000 °К в рабочем пространстве конвертера (рис. 2) вне барботажной зоны продувки. В том случае, если струи дожигания СО направляются непосредственно на поверхность высокотемпературной барботажной зоны продувки, где температура достигает 2500 °С, то имеют место значительные тепловые потери в результате диссоциации СОг поступающего на поверхность металла, а также за счет эндотермических реакций восстановления С02 железом и углеродом при ударе струй дожигания о поверхность металла и его брызг над реакционной зоной (Табл. 1).

Следовательно, целесообразным является такой дутьевой режим с дожиганием СО в струях 02 системы ВГП над зоной продувки (рис. 2) при котором сопла дожигания находятся на оптимальном расстоянии от головки фурмы, а струи дожигания направляются в объем переходной зоны на границу раздела шлак-металл вне высокотемпературной барботажной области зоны продувки в конвертере.

Экспериментальным путем по результатам исследований на 5 т конвертере установлено, что при использовании режима дожигания СО в струях 02 для соответствующего дутьевого режима продувки конвертерной ванны существует оптимум (рис. 6) для зависимости термического к.п.д. дожигания

(т|т) от соотношения расходов /l0j, Н/Нф и г/г0, где Н — расстояние от сопел дожигания до головки фурмы Нф и г - текущий радиус струи дожигания относительно начального радиуса г0 струи кислорода, поступающего в зону ГШМЭ на дожигание СО. Экстремальный характер зависимости г|тна рис. 6 вызван газодинамическими и теплофизическими свойствами ГСС из 02 при внедрении струй дожигания на поверхность металла в зоне продувки, заключающиеся в том, что при определенных условиях когда £ QgJ* = const, то по

мере увеличения возрастают потери тепла Q^ и Q^, что снижает Q*m и т)т при данных значениях Н/Нф и г/г0 в системе ВГП.

Таким образом, обеспечение оптимальных значений т|т, К^, г^ и других параметров является задачей создания энергосберегающего дутьевого режима конвертерной ванны.

В пятой главе «Разработка энергосберегающей технологии конвертерной плавки на основе интенсификации и оптимизации режима дожигания СО в газошлаковой ванне конвертера» выполнен анализ комплекса экспериментальных и теоретических данных, позволяющий определить оптимальные значения параметров режима дожигания, шлакообразования, нагрева и обезуглероживания ванны для достижения высоких технологических показателей плавки, таких как процессы дефосфорации, десуль-фурации и выход годного металла, а так же производительность и термический к.п.д агрегата.

Анализ экспериментальных данных, полученных на горячей модели 50 кг конвертера и в производственных условиях на 5 т конвертере показывают, что при организации режима дожигания СО в ГШМЭ над зоной продувки агрегата, т.е. в условиях полного заглубления струй дожигания во вспененный шлак (рис. 2) вблизи и вокруг корпуса фурмы эффективность процессов (г^-мпах) горения СО в струях 02 и теплоотдачи (а-Я) в системе ВГП над зоной продувки заметно возрастают по сравнению с существующими режимами дожигания СО над шлаком или при распространении струй дожигания в шлаке, но вне области ГШМЭ, т.е. вдали от поверхности зоны продувки агрегата. Об этом свидетельствуют данные (рис. 3), из которых следует, что теплоусвоение конвертерной ванны заметно повышается при концентрации струй дожигания в зоне ГШМЭ и по мере приближения фокусов горения к поверхности

металла, причём эффективность теплообмена несколько снижается при увеличении температуры шлаковой ванны.

Показано, что при обеспечении оптимальной газоплотности системы ВГП теплоперенос возрастает не только от струй дожигания, но за счёт движения брызг металла по пути из ванны в шлак и в струи с последующим их нагревом и возвратом в металл (рис. 4).

На экспериментальной установке горячего моделирования, изучали процесс дожигания СО в струях 02 при их взаимодействии со встречным потоком отходящих газов, а коэффициент эффективной теплоотдачи аъ находили из выражения 0от = а^^ - ^^т, где (}от = ЕО^*0* - 0гух\ Б — поверхность, м2; 1:ст и ^ — температура стенки кожуха и атмосферы воздуха, "С; (}г — теплосодержание уходящих газов, Вт.

В работе изучали влияние конструктивных параметров фурмы (а, п, Н.), типа сопел и расхода 02 на теплотехнические показатели процесса (а„ 9 и т^). Из анализа полученных данных следует вывод о том, что наиболее эффективным является режим дожигания СО при использовании закрученных струй 02 из сопел с винтовой нарезкой, т. е. с более сильными аэродинамическими характеристиками в системе встречных потоков над металлом.

Суммарный коэффициент дожигания СО в объеме ГШМЭ при использовании двухъярусной фурмы определяли по выражению:

. 1ог-Т1со/(»00 + Лсо)^Г-Ро/»00 100

1со 100 ■ 10, /(100+Псо)+ ЧГ (100 - р„)/юо ' I5-')

где Р0 = (1 -{02}»)' — доля использованного 02 на дожигание СО, которая определяется газодинамическими свойствами струйной системы; Т1С0 — коэффициент дожигания СО при типовой продувке ванны Ог Причем т)1^ АТ^, I ^, Р0, г)с0 и др.), а параметр -{02}5 рассчитывается по модели, приведенной ниже.

Среднюю температуру газовой струи (Т_, °С) в любом сечении её длины СЦ, м) находили из выражения:

' Т£=дс/(угг-сг), (5.2)

где дс = Сг(тт -273)+Осо -{02}а; УГЕ = Уг° .Чп1; = 0,785и0с10п

Здесь и Угг — энтальпия газовой струи и суммарный расход газа в любом ее сечении по ходу движения; сг —теплоёмкость газовой смеси в струе, кДж/(кг-К); Тт — температура газа на оси струи, К; (Зга — теплота сгорания СО в струе 02, кДж/кг, У°г — начальный расход газа на ГСС, м3/с. Величину присоединённой массы по ходу движения сверхзвуковой струйной газовой системы определяем из выражения:

Ят= (0,408/Ма-0,09)^/М, (5.3)

где х - х/(1 — относительное расстояние струи дожигания от сопла, N = р0/ра — степень нерасчетности, Ма — число Маха, р0 и ра — давление потока и в атмосфере, Па.

Установлено, что при сверхзвуковых истечениях потоков газоструйной системы из сопел фурмы для повышения qm следует рекомендовать значение числа 1 < Ма <3 и увеличение (^ —> тах) дальнобойности струй. Энтальпию струи (h ) определяем с учётом закона её сохранения по уравнению:

d(M(h -hJ)/dL=0, (5.4)

где hM — энтальпия отходящих из зоны продувки газов, кДж/кг; М = p-7c r2-UM

— массовый расход газа в сечении струй дожигания, кг/с.

Уравнение сохранения составляющей компоненты струи дожигания имеет вид: d(M-I0)/dLc = (-16/28)-{со}«, -dM/dLc, (5.5) где I0 = {02}s - (16/28) • {CO}s; {02}t + {CO}s + {C02}s = 1.

Последние величины характеризуют текущие значения СО, С02 и 02 в объёме газовых струй по ходуих движения в системе ВГП.

Равновесие газовой системы 02-С02-С0 находим из выражения константы:

Кр = 1п(РС0 • Р£ /РСОа) = -14760/Тт +4,54, (5.6)

где Рсо, Р02, РС02 — парциальные давления этих компонентов в струях, Па.

Уравнения сохранения горизонтального и вертикального моментов потока импульса силы струи имеет вид:

d(icaM;cosY)/dLc = 0, (5.7)

d(if sin y)/dLc = -U„ • dM/dLc - q • n • rJ (p. - pc), (5.8)

где if* = (с. n r2 UJ) — поток импульса силы струи дожигания, кг-м/с2; и рс

— плотность встречного потока и струи дожигания, кг/м}; у = 90 - а, где а — угол наклона струи к оси фурмы, град.

Уравнение состояния идеального газа используем в виде:

P = Pc[lW,/M»jRTra, (5.9)

где Р = 105 Па — давление газовой атмосферы; {х}s — массовая доля компонентов в струе дожигания; Mi — молярная масса компонента газа в струе, кг/моль.

Положение осей наклонных струй в системе ВГП при встрече с отходящим газом: cosy = dx/dL., siny = dz/dLc. (5.10) Приведенные выражения (5.1-^-5.10) составляют основу структуры тепло-физической модели процесса и алгоритма расчёта параметров тепловой работы конвертерной ванны при режиме дожигания СО струями 02 в ГШМЭ над зоной продувки агрегата.

Система решается на ЭВМ методом Рунге-Кута при начальных и граничных условиях: при L = 0: рс= р0, Um = U0, г = г0, у = 90 - a, Qc = Q , Т = Т , {02}s=l ,{СО>,= {С02}, = 0,приЦ = шах: Тт= 1873 К, {C0}s<0,5.

Значение {02}s рассчитывается методом итерации, т.к. уравнение (5.6) аналитически не решается. Расчет этой величины, L., Qm, р0, Тс и других параметров по модели (ур-я 5.1-^5.10) и алгоритму расчета необходим для определения ri£ , г|ш , SQco* и ДРУгих теплотехнических факторов.

При соответствующих граничных условиях для данного дутьевого режима плавки находим L, состав основных компонентов после дожигания СО, определяем значение т}£ и определяем коэффициент использования тепла от дожигания СО (л™^) в системе ВГП над зоной продувки:

л» т (О:-<&) ">« F- [«1(тс-т.)-к,{соЛ, Qeo,]

<й p, I~ ß, Qco(32/22,4) р, IST ß8 Qco(32/22,4)

QCO,

■» <y

Vco

100,

(5.11)

где Kc{CQl a0; , Тм — температура металла, °С; Frn = п-я-г^ — площадь

контакта п - струй (радиусом гк) дожигания на поверхности металла, м2; — эндотермический эффект реакции восстановления С02, кДж/кг; К = р^-Ц^— массовая скорость компонента {C02}s, кг/(мг-с); рх, U^ — плотность и максимальная скорость струи в зоне удара её о поверхность металла; Po=(1-{Oj}j) — доля 02 пошедшая на дожигание СО; п — число струй в системе ВГП Из анализа выражения (5.11) следует, что при К^ = const повышение Q"^ за счет увеличения Ро, 1ДОТ,02 и снижения способствует существенному повышению г)00^.

Теплоусвоение ванны характеризуется изменением теплосодержания металла (<Зи,кДж), скоростью его нагрева (V, °С/мин) и коэффициентом теплового состояния (Кв,кДж/К) ванны:

AQ"yc. - QM/dt = GM- св (dT/dt) = К V,, кВт, (5.12)

где с, — теплоемкость металлического расплава, кДж/(т-К).

Учет теплотехнических параметров (ZQ^"0*, Л1^, Л00,,,., и ДР-) позволяет при соблюдении оптимальных технологических факторов, таких как (15 % < S(FeO) < 20 %, V/V, ДН/Н0 > L , АТм, (Олш и др. обеспечивать энергосберегающие условия конвертерной плавки (рис. 3,4; ур-е 3.6).

Следует отметить, что произведение (К.{C02}s Qco2) (в ур-нии (5.11)) есть величина, характеризующая потери тепла в зоне встречи струй с корольками и металлом в результате реакций восстановления С02 + [С] —> 2С0, кДж/(м2 с). Другое произведение а£(Тс - Тт) характеризует скорость теплопередачи при ударе струй о поверхность брызг металла, где аг = Nu-X/Ц — коэффициент теплоотдачи (Вт/(м2 К)), a Nu = 0,03 5 •Re°'8-PiA33 — критериальное уравнение

для потока газовых струй на металл; Re=Um(x)-dx/v, а Рг = Сг • v • р /X, где dx — площадь струи на поверхности металла, м2; v — кинематическая вязкость струй, м2/с. Анализ выражения (5.11) показывает, что доля эндотермического тепла (Q00^) в результате взаимодействия С02 с [С] и [Fe] на поверхности брызг металла или на границе шлак - металл тем больше, чем больше динамический напор струй дожигания (К.) и поверхность их контакта с металлом Отсюда вывод о целесообразности обеспечения режима затухания струй (U^O) вблизи поверхности шлак-металл, что способствует снижению эндотермических потерь тепла. В то же время необходимым является создание такого режима дожигания СО в ГШМЭ, чтобы произведение otj-(Tc- Тм)-мпах,

а это представляется возможным осуществлять за счёт повышения степени излучения струй при Т-утах и усиления конвективной доли передачи тепла в системе ВГП. Количество тепла, поступившее в металл (теплоусвоение металла) от струй дожигания равно 0"^= Ргп-с^(Тс- Тм). При этом эффективный коэффициент теплопередачи Кзф= <Зиш/ в системе ВГП позволяет судить об эффективности использования тепла при дожигании СО в струях 02 над зоной продувки агрегата. Анализируя полученные данные (рис. 3,4,5) следует отметить, что решение задачи по интенсификации конвертерного процесса при оптимизации режимов шлакообразования и дожигания СО в ГШМЭ сводится к повышению значений г^, и г)кпт, что способствует одновременному повышению доли лома в шихтовке плавки, увеличению производительности и улучшению технико-экономических показателей работы конвертера. Так, при комбинированной продувке с дожиганием СО в ГТШМЭ доля расхода лома по сравнению с верхней продувкой возрастает с 20 до 30 % в шихтовке плавки. Регулируя окисленность шлака ДРеО) и г^ в оптимальных пределах путем изменения Vю*02! 102 можно добиться требуемой дефосфорации, десуль-фурации, нагрева (V) и обезуглероживания (V.) металла по ходу продувки конвертерной ванны при высоких теплотехнических показателях процесса.

Термодинамическими расчетами установлено, что содержание СО в составе отходящих газов при Т = 1500+1600 °С существенно не влияет на изменение ИОРеО), т.е. уровень окисленности шлака определяется в основном 1(РеО) = ^02/ 102,Нф,Ус).

Сокращение длительности плавки составит: Дтш1=0-Д1/(8р:>-ясрпм), где Ясрпот=(£Отдож/ Б з). После подстановки ч4^ в уравнение для Дтга получим выражение: Дтm=(Jк^ДV(£QJю* ,г1текит)- Из полученного выражения следует; что при постоянных значениях Ом (масса металла) и Д1 (необходимое увеличение энтальпии по ходу продувки, кВт ч/т) длительность плавки снижается, а следовательно, производительность конвертера ДРп = в/Дт^, возрастает (табл. 2) с увеличением количества тепла от дожигания СО (Х0шяож) и Ц00^ что свидетельствует о возможности эффективного применения нового двухъярусного дутьевого режима с учетом обеспечения оптимальных условий по дожиганию СО в ГШМЭ и вблизи поверхности металла вне барботажной зоны продувки (рис. 2).

Для оценки эффективности применения дутьевого режима с дожиганием оксида углерода в конвертере, выполнили расчеты материального и теплового балансов в сравнительных условиях при использовании различных конструкций фурм: типовой, двухконтурной и двухъярусной. Установлено расчетами на примере 150 т. конвертерной плавки (табл. 2), что при увеличении расхода кислорода, идущего на дожигание СО над зоной продувки на 25 и 50 % относительно постоянного расхода кислорода на продувку металла (10а = со^), значения избытка тепла (табл. 2) от струй дожигания заметно возрастают с 13,5 до 31,4 и 49,5 ГДж. В результате чего расход лома в завалку повышается с 277 кг/т до 331 и 378 кг/т и снижается расход чугуна на плавку соответственно с 723 до 669 и 622 кг/т. Без использования избытка тепла дожигания наблюдается (табл. 2) некоторое снижение выхода жидкой стали с 90,38 % до

89,74 % и 88,84 % из-за повышения окисленности шлака (ЕРеО). хотя и ды-мовыделение при этом снизилось с 2,14 % до 1,43 % и 0,71 %. Если использовать дополнительное тепло от дожигания СО на увеличение расхода лома (табл. 2), то выход годной стали возрастает до 90,73 % (вар. 1), 90,64 % (вар. 2) и 90,38 % (вар. 3). Следовательно, при получении избытка тепла более 50 ГДж выход жидкой стали достигает первоначального уровня конвертерной плавки с типовым дутьевым режимом. Тем более, что за счет снижения длительности продувки конвертерной ванны на опытных плавках (табл. 2) производительность агрегата существенно возрастает, что свидетельствует об эффективности предлагаемого энергосберегающего дутьевого режима конвертерной ванны кислородом. Расчетами установлено, что экономический эффект при использовании двухъярусного режима продувки с применением рационального режима дожигания СО над зоной продувки достигает 223,5 млн. руб. на один кислородно-конвертерный агрегат.

Таблица 2

Результаты расчета материального и теплового балансов 150 т. конвертерной плавки при различных режимах продувки и дожигания оксида углерода над зоной продувки в ванне агрегата

Показатели 1 вариант 2 вариант 3 вариант

Выход жидкой стали без и при использовании избытка тепла, % 90,38/90,73 89,74/90,64 88,84/90,38

Расход лома, кг/т. 230/277 230/331 230/378

Расход чугуна, кг/т 770/723 770/669 770/622

Избыток тепла, ГДж 13,5 31,4 49,5

ТпюАл, мин, (у-ние 4.1) 20/40 16,6/36,6 12,8/32,8

Производительность Р,„ т/год 1472255 1605305 1786149

Расход извести, % 8,27 8,27 8,27

Расход 02, % 6,03 6,31 6,48

Ре203(дьгм)/Ре0(пыль) 2,14/1,5 1,43/1,0 0,71/0,5

пго/ти.% 17,85/85 33,4/87 44,4/88

В целях эффективного оптимального регулирования процессами конвертерной плавки создан и предложен на основе модели обобщенный алгоритм функционирования системы контроля параметров дутьевого, теплового и технологического режимов, который обеспечивает (рис. 3. 4, 5) наилучшие технико-экономические показатели работы агрегата (табл. 1). Улучшение экономических показателей при использовании дутьевого режима с дожиганием СО в струях кислорода связано с повышением температуры и скорости наводки шлака (рис. 3), снижением выноса пыли (рис. 4) и длительности плавки, повышением г]1^, Лсо«„т> У,. Ус и согласованным ходом параметров Е(РеО)=Г(1аож02/ 102, АН/Н0, Ус), а также оптимальными значениями У/У ,

Л^^ГА^Н/Иф^Ао) и С = 4с;Р;С>£и1£7101), что приводит к существенному улучшению технико-экономических показателей плавки стали.

Выводы и заключение

В результате выполненных исследований подтверждено, что весьма перспективным путем развития кислородно-конвертерного производства стали является применение двухъярусного дутьевого режима конвертерной ванны с дожиганием оксида углерода струями кислорода, которые по ходу движения размещаются в объеме газошлакометаллической эмульсии и достигают поверхности металла во вторичной реакционной зоне продувки, т.е. струи дожигания по ходу продувки располагаются вне высокотемпературной барбо-тажной области в ванне агрегата.

1. Исследованиями на холодных моделях, с применением метода кинофотосъемки и путем анализа данных фотографий, установлены уровень локального газосодержания металла в зоне продувки, ее структура, а также газонасыщенность и закономерности образования газовспененной шлаковой ванны в условиях действия системы струй дожигания во встречном потоке отходящих из расплава газов.

2. Изучены на модели условия образования и особенности структуры переходной зоны шлак-металл и закономерности изменения уровня газошлаковой вспененной ванны. Получены фотографии для участков ее объема с определением размеров пузырей в сравнительных условиях применения различных режимов продувки, позволяющие судить об эффективности разрушения «свищей», «канальцев» и пузырей во вспененном шлаке по ходу продувки ванны кислородом.

3. Впервые при разработке математической модели процесса дожигания оксида углерода использован принцип учета взаимосвязей параметров движения газоструйной системы из кислорода в объеме газошлаковой эмульсии, встречного потока отходящих из ванны газов, струй кислородного дутья и характеристик реакционной зоны продувки в ванне конвертера. На базе этой модели создан алгоритм расчета параметров тепловой работы конвертерной ванны и функционирования системы контроля и прогнозирования параметрами

дутьевого (10;, 12Г/'01, Нф, ДН/Н0, Ьс), теплового (V,, п°0, ч®,цш,Ч1, а£) и технологического (V., ЦТеО), У/Ус, Ск, ^ режимов плавки для обеспечения наилучших технико-экономических показателей работы агрегата.

4. Экспериментально на горячей модели и в промышленном конвертере подтверждена возможность и доказана эффективность дожигания оксида углерода струями кислорода в системе встречных газовых потоков при размещении образующихся струй дожигания в пределах объема газошлаковой эмульсии над поверхностью металла в зоне продувки, что позволило ускорить процессы нагрева (У() и обезуглероживания (Ус) металла, растворения извести, наводки и гомогенизации шлака, а также улучшить другие технологические показатели конвертерной плавки.

5. Установлено, что на ускорение процессов и в 1,1 1,3 раза, в зависимости от расхода (, м3/мин.) в струях дожигания, существенную роль играют корольки и брызги металла, которые при попадании в систему струи дожита-

ния окисляются, обезуглероживаются и нагреваются до 2000 °С, а затем возвращаются в ванну конвертера.

6. Расчетами материального и теплового баланса на примере 150 т конвертерной плавки установлено, что при увеличении расхода кислорода, идущего на дожигание оксида углерода над зоной продувки на 25 и 50 % относительно постоянного расхода кислорода на продувку металла ( I0l = const ), значения избытка тепла от струй дожигания в полости конвертера возрастают с 13,5•109 Дж (при типовой продувке) до 31,4-10' Дж (при использовании двух-контурной фурмы) и 49,5-Ю9 Дж при дожигании СО в объеме газошлаковой эмульсии с передачей тепла поверхности металла в зоне продувки.

7. Расчетные данные свидетельствуют о возможности повышения расхода лома в завалку с 277 кг/т до 331 и 378 кг/т, а также снижения расхода чугуна на плавку соответственно с 723 до 669 и 622 кг/т. При этом длительность продувки конвертерной ванны кислородом (у-ние 4.1) снижается с 20 мин. до 16,6 и 12,8 мин., а годовое производство жидкой стали возрастает с 1,47 до 1,59 и 1,76 млн.т, что свидетельствует о существенном повышении экономической эффективности кислородно-конвертерного процесса.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. «Эффективность кислородно-конвертерных процессов производства стали с дожиганием оксида углерода в отходящих газах» // Изв. вуз. Черная металлургия, 2000. — № 4. — С. 12-14.

2. Кожухов A.A., Меркер Э.Э., Карпенш Г.А. «Исследование поведения вспененной ванны с применением газодинамической пылеочистки над зоной продувки в конвертере»//Изв. вуз. Черная металлургия, 2000. — № 9. — С. 16-19.

3. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. «Организация газодинамической защиты над зоной продувки в конвертере с учетом влияния шлака». // Изв. вуз. Черная металлургия, 2001,— № 3. — С. 18-22.

4. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. «Дожигание моонооксида углерода в конвертере с учетом влияния шлака». // Изв. вуз. Черная металлургия, 2001. — №5,—С. 12-16.

5. Кожухов A.A., Меркер Э.Э. Карпенко Г.А. «Исследование аэродинамических характеристик системы встречных газовых потоков над зоной продувки в конвертере» // Изв. вуз. Черная металлургия, 2002. — № 1. — С.12-14.

6. Карпенко Г.А., Меркер Э.Э., Кожухов A.A. Повышение эффективности процесса дожигания СО в конвертере. // Изв. вуз. Черная металлургия, 2005. — №5.—С. 18-20.

7. Карпенко Г.А., Казаков C.B., Меркер Э.Э. Энергосберегающий дутьевой режим конвертерной ванны кислородом. // В научно-теоретическом журнале «Современные наукоемкие технологию). — М.: РАЕ № 4,2005. — С. 70-72.

8. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. Интенсификация тепловой работы конвертерной ванны путем дожигания оксида углерода над зоной продуби Тр. III международной научно-практической конференции «Металлургическая; лотехника». — М.: МИСиС, 2006. — С. 437-440.

I - 35

Формат 60x84/16. Бумага офсетная Гарнитура Times. Усл. пен. л. 1,75. Тираж 100 экз. Заказ № 46 от 13.02.06 г. Издательство «Тонкие Наукоёмкие Технологии» 309530, г. Старый Оскол, Белгородская обл., м-н Макаренко, д. 40. Лиц. ИД № 02476 от 27.07.2000 г.

Отпечатано в типографии «Тонкие Наукоёмкие Технологии» 309530, г. Старый Оскол, Белгородская обл., м-н Макаренко, д. 40. тел./факс (0725) 32-25-29 Лиц. ПД № 8-0014 от 07.08.2000 г.

Содержание.

Общая характеристика работы.

Введение.

Глава 1. Анализ состояния исследуемой научно-технической проблемы.

1.1. Технологические особенности конвертерной плавки при двухъярусной продувке ванны кислородом с дожиганием оксида углерода.

1.2 Особенности структуры, состояние и температурные условия в реакционной зоне продувки конвертерной ванны.

1.3. Оценка эффективности тепловой работы конвертеров при использовании режима дожигания СО в струях Ог над ванной.

1.4. Методика, объекты и задачи исследования.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Исследование закономерностей образования, структуры и свойств газошлакометаллической эмульсии над зоной продувки в конвертере.

2.1. Исследование характеристик реакционной зоны при многоструйной продувке конвертерной ванны кислородом.

2.2. Исследование на холодной модели поведения газовспененной ванны при различных режимах продувки жидкости газом.

2.3. Взаимосвязь газонасыщенности реакционной зоны с газосодержанием в ГШМЭ при продувке конвертерной ванны кислородом.

2.4. Исследование на модели состояния газошлаковой ванны, структуры и размеров переходной зоны «шлак-металл» в конвертере.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование закономерностей взаимодействия газоструйной системы дожигания со встречным потоком и анализ теплообмена в объеме газовспененного шлака над зоной продувки в конвертере.

3.1. Анализ свойств газоструйной системы и определения ее характеристик при истечении из многосоплового блока фурмы.

3.2. Экспериментальное исследование закономерностей взаимодействия системы газовых струй со встречным газовым потоком.

3.3. Разработка математической модели и алгоритма расчета параметров системы встречных газовых потоков в конвертере.

3.4. Изучение теплообмена в барботируемом шлакогазовом объеме конвертера в условиях двухъярусной продувки ванны кислородом.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование технологического режима конвертерной плавки при различных условиях дожигания СО над зоной продувки с учетом влияния шлака.

4.1. Исследование технологического режима конвертерной плавки при двухъярусной продувке металла кислородом.

4.2. Экспериментальное изучение особенностей режима дожигания СО в объеме вспененного шлака над зоной продувки в конвертере.

4.3 Анализ эффективности кислородно-конвертерного процесса при использовании дутьевого режима с различным расходом кислорода на дожигание оксида углерода и продувку металла.

4.4 Расчет экономической эффективности применения режимов продувки и дожигания оксида углерода в конвертере.

4.5 Выводы по главе 4.

Глава 5. Разработка энергосберегающей технологии конвертерной плавки на основе интенсификации и оптимизации режима дожигания СО в газошлаковой ванне конвертера

5.1. Исследование процесса дожигания СО в струях кислорода и анализ теплообмена при их взаимодействии со встречным потоком.

5.2. Разработка теплофизической модели и алгоритма расчета параметров тепловой работы конвертерной ванны.

5.3. Методика расчета газоструйной системы для оптимизации режима дожигания оксида углерода над зоной продувки в конвертере.

5.4. Анализ результатов моделирования и оптимизация дутьевого режима конвертерной плавки стали с учетом дожигания СО в системе ВГП.

5.5. Выводы по главе 5.

Актуальность работы. Известны дутьевые режимы и различные методы дожигания оксида углерода в рабочем пространстве кислородно-конвертерных агрегатов, позволяющие использовать дополнительное тепло от сжигания оксида углерода (СО) кислородом (02) для интенсификации тепловых и технологических процессов плавки стали, повышения доли металлолома и снижения расхода чугуна на процесс, улучшения технологических, энерго-экологических и технико-экономических показателей производства.

Однако эти методы продувки обладают существенными недостатками, заключающимися в том, что до настоящего времени не определены оптимальные условия проведения дутьевого режима с дожиганием СО кислородом над зоной продувки в конвертере с учетом влияния изменения уровня, состояния и свойств вспененного шлака на тепловые и технологические процессы плавки стали.

Актуальность работы заключается в необходимости разработки энергосберегающей технологии конвертерной плавки стали и определяется перспективностью дальнейшего развития конвертерного процесса на основе повышения интенсивности продувки ванны и более эффективного использования тепла от дожигания СО кислородом. Представляется целесообразным уточнить существующие теоретические положения о возможности дожигания СО струями Ог над поверхностью металла в зоне продувки с учетом влияния вспененной ванны.

В этой связи, проведение экспериментальных исследований в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях является крайне необходимым и весьма актуальным. Кроме того, внесение уточнений к теоретическим основам позволяет создать исходные предпосылки для построения корректной математической модели дожигания СО струями Ог в системе встречных газовых потоков над зоной продувки в конвертере.

Целью работы является разработка энергосберегающего дутьевого режима конвертерной ванны на основе интенсификации и оптимизации режима дожигания СО в рабочем пространстве агрегата, позволяющего повысить расход лома в завалку, снизить расход чугуна и улучшить технико-экономические показатели процесса. Уточнение технологического представления о механизме горения оксида углерода в струях кислорода и подачи тепла при воздействии струй дожигания на поверхность металла с учетом влияния вспененного шлака над зоной продувки.

Для достижения указанной цели автором предусматривалось решение следующих научно-технических задач:

- провести анализ существующих методов и режимов дожигания СО кислородом в конвертерах различного типа и определение направлений совершенствования их тепловых, дутьевых и технологических режимов плавки стали;

- обосновать экспериментально и теоретически эффективность использования режима дожигания СО в струях О2 при образовании и взаимодействии системы встречных газовых потоков (ВГП) в объеме газошлаковой эмульсии над зоной продувки металла в конвертере;

- на основе изучения теплового баланса и термодинамического анализа процесса дожигания СО в струях О2 определить наиболее предпочтительный дутьевой режим при движении струй дожигания в шлакогазовом объеме вспененной ванны, вблизи поверхности металла и вне высокотемпературной первичной реакционной зоны продувки;

- определить экспериментально и теоретически обосновать наиболее эффективный режим дожигания СО в конвертере с обеспечением оптимальных условий совмещения участков тепловыделения и усвоения тепла поверхностью металла без воздействия высокотемпературных факелов дожигания на футеровку конвертера и ухудшения технологических показателей плавки стали;

- разработать теоретические положения и адаптированные физико-химические и те-плофизические модели конвертерного процесса при использовании режима дожигания СО струями О2 в объеме газо-шлако-металлической эмульсии (ГШМЭ) над зоной продувки агрегата с целью совершенствования алгоритма управления параметрами тепловой работы конвертера и улучшения технологических показателей плавки стали;

- совершенствовать технологию конвертерной плавки стали на основе разработки энергосберегающего процесса с верхней и комбинированной продувкой расплава при оптимизации расположения газоструйной системы из О2 для дожигания СО над зоной продувки с учетом использования надежной информации о параметрах режима наводки шлака, вспенивания и изменения уровня шлаковой ванны.

Объект исследования: кислородно-конвертерный процесс с применением верхней, ^ донной и комбинированной продувкой металла кислородом и использованием типовых, двухконтурных и двухъярусных кислородных фурм, а также газодинамические стенды для исследования системы встречных газовых потоков, модели и установки для изучения процессов конвертерной плавки при интенсификации режима дожигания СО кислородом.

Предмет исследования: математические зависимости, устанавливающие взаимосвязи между параметрами дутьевого режима конвертерной ванны и системы встречных газовых потоков над зоной продувки агрегата и использующиеся для оптимизации и согласования хода процессов дожигания СО в струях Ог, теплопередачи в системе шлак-металл, обезуглероживания и окисления примесей металла в процессе плавки стали.

Автором выносятся на защиту:

- экспериментальные данные, теоретические и практические результаты исследова-Ф ния влияния параметров газоструйной системы из Ог на эффективность дожигания СО в

ГШМЭ над зоной продувки в объеме конвертора с учетом влияния вспененного шлака и теплофизических свойств отходящих из ванны газов;

- результаты исследования аэродинамических свойств газоструйной системы при организации ее над зоной продувки и взаимодействии со встречным потоком отходящих из ванны газов, а также опытные данные по дожиганию СО в струях Ог и влияния этого процесса на интенсификацию теплообмена в шлаке, шлакообразование и технологические показатели плавки стали;

- энергосберегающая технология плавки стали, основанная на интенсификации и оптимизации режима дожигания СО в объеме ГШЭ, а также на основе осуществления согласованного управления процессами наводки шлака, нагрева и обезуглероживания металла по алгоритму теплофизической модели процесса.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- установлены закономерности изменения тепло- и массообменных характеристик в барботируемом газовспененном шлаке при движении в нем струй дожигания на встречу потоку отходящих из зоны продувки газов;

- показано, что при организации режима дожигания оксида углерода струями кислорода в объеме газошлаковой эмульсии и при рациональном размещении системы струй дожигания над поверхностью металла вне высокотемпературной области расплава параметры тепловой работы конвертерной ванны заметно улучшаются;

- разработаны принципы обеспечения энергосберегающей технологии конвертерной плавки стали на основе получения и использования избытка тепла от дожигания оксида углерода в струях кислорода над зоной продувки;

- создана математическая модель для определения газодинамических и теплофизи-ческих характеристик, учитывающая закономерности движения струй, протекание массообменных и тепловых процессов в них во взаимодействии с потоком отходящих газов в объеме газошлаковой эмульсии, что позволяет прогнозировать параметры дутьевого, теплового и технологического режимов плавки стали.

Практическая значимость работы.

Предложены к использованию алгоритмы и комплекс программ для расчета параметров дутьевого и технологического режимов с дожиганием оксида углерода, оценки степени дожигания и определения эффективности теплообмена на поверхности раздела шлак-металл в ванне агрегата.

Разработана усовершенствованная технология конвертерной плавки при использовании двухъярусной фурмы, позволяющая осуществить в синхронном режиме процессы дожигания оксида углерода над зоной продувки, наводки шлака, нагрева и обезуглероживания металла с улучшением технико-экономических показателей работы агрегата.

Предложены для использования в учебном процессе оригинальные установки и методика исследования на физических моделях режимов продувки жидкостей газами, поведения уровня вспененной ванны, ее газонасыщенности, изменения структуры и уровня границы раздела шлак - металл в ванне.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 2-ой и 3-ей международных научно-практических конференциях «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии», МГИСиС, Москва 2000 и 2002 г.г.; международной научной конференции РАЕ «Технология - 2003». Анталия (Турция), май 2003.; международной научно-практический конференции «Рациональное использование природного газа в металлургии», Москва, МГИСиС, ноябрь 2003 г.; международной III научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистров, г. Гомель (Беларусь), апрель 2003 г.; международных научных конференциях «Образование, наука и производство в XXI веке», г. Старый Оскол. СТИ (ф) МГИСиС, декабрь 2003 г. и октябрь 2004 г.; международная научная конференция РАЕ «Наукоемкое технологии», Турция (г. Анталия), 2005 г.; 5-ой международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», г. Череповец (ЧГУ) октябрь 2005 г.; на научных семинарах кафедры металлургии стали МГИ-СиС (ТУ), г. Москва.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (100 наименований), приложения и изложена на 147 страницах, содержит 24 таблицы и 73 рисунка.

6. Общие выводы и заключение

1. В результате выполненных исследований установлено, что одним из перспективных путей развития кислородно-конвертерного производства стали является применение двухъярусного дутьевого режима конвертерной ванны с дожиганием оксида углерода струями кислорода, которые по ходу движения размещаются в объеме газошлакометалли-ческой эмульсии и достигают поверхности металла во вторичной реакционной зоне продувки, т.е. струи дожигания по ходу продувки располагаются вне высокотемпературной барботажной области в ванне агрегата.

2. Исследованы на холодных моделях с применением метода кинофотосъемки и путем анализа данных фотографий локального газосодержания структура, газонасыщенность и закономерности образования газовспененной шлаковой ванны в условиях действия системы струй дожигания над зоной продувки.

3. Изучены на модели условия образования и особенности структуры переходной зоны шлак-металл и закономерности изменения уровня газошлаковой вспененной ванны. Получены фотографии для участков ее объема с определением размеров пузырей в сравнительных условиях применения различных режимов продувки, позволяющие судить об эффективности разрушения «свищей», «канальцев» и пузырей во вспененном шлаке по ходу продувки ванны кислородом.

4. Впервые при разработке математической модели процесса дожигания оксида углерода использован принцип учета взаимосвязей параметров движения газоструйной системы из кислорода в объеме газошлаковой эмульсии, встречного потока отходящих из ванны газов, струй кислородного дутья и характеристик реакционной зоны продувки в ванне конвертера. На базе этой модели создан алгоритм расчета параметров тепловой работы конвертерной ванны и функционирования системы контроля и прогнозирования параметрами дутьевого (Iq2 , > Нф, ДН/Н0, Lc), теплового (V,, г£0, г£°т, т^, г)т, а2) и технологического (Vc, ^](FeO), Vt/Vc, Ск, tK) режимов плавки для обеспечения наилучших технико-экономических показателей работы агрегата.

5 На основе экспериментальных данных и математического моделирования сформулированы оптимальные условия процесса дожигания СО в объёме ГШМЭ: расход кислорода на дожигание СО изменять по ходу продувки в зависимости от объёма выделяемого из ванны СО и окисленности шлака £(FeO); высоту и угол наклона сопел дожигания устанавливать таким образом, чтобы оси струй дожигания совпадали с краями лунок струй дутья на поверхности металла; конструкцию и количество сопел дожигания в фурме рассчитывать из условия обеспечения максимальной газоплотности системы ВГП, повышения массообменных свойств струй и интенсификации теплообмена между факелами дожигания и газошлаковой ванны над зоной продувки конвертера.

6. Экспериментально на горячей модели и в промышленном конвертере подтверждена возможность и доказана эффективность дожигания оксида углерода струями кислорода в системе встречных газовых потоков при размещении образующихся струй дожигания в пределах объема газошлаковой эмульсии над поверхностью металла в зоне продувки, что позволило ускорить процессы нагрева (V,) и обезуглероживания (Vc) металла, растворения извести, наводки и гомогенизации шлака, а также улучшить другие технологические показатели конвертерной плавки. При этом установлено, что на ускорение процессов V, и Vc в 1,1-4,3 раза, в зависимости от расхода (Iq*, м3/мин) в струях дожигания, существенную роль играют корольки и брызги металла, которые при попадании в систему струи дожигания окисляются, обезуглероживаются и нагреваются до 2000°С, а затем возвращаются в ванну конвертера.

7. Экспериментальным путем на установке горячего моделирования подтверждена возможность интенсификации режима шлакообразования, т.е. наводки шлака с ускорением процессов растворения извести на основе использования тепла от дожигания СО струями Ог в объеме ГШМЭ над зоной продувки. При этом дополнительно установлено, что увеличении окисленности шлака (ZFeO+MnO) до 25% и снижении отношения Si02/(lFe0+Mn0) с 0,8-1,2 при £(FeO)= 15-20% до 0,5-0,6 при I(FeO)=25-30% показатели дефосфорации, т.е коэффициент распределения фосфора (Lp) повышается с 170 до 240 и десульфурации, т.е коэффициента распределения серы (Lg) с 3,5 до 6,5 при достижении высоких значений основности и гомогенности шлака.

8. Расчетами материального и теплового баланса на примере 150 т. конвертерной плавки установлено, что при увеличении расхода кислорода, идущего на дожигание оксида углерода над зоной продувки на 25 и 50% относительно постоянного расхода кислорода на продувку металла (I0j = const), значения избытка тепла от струй дожигания в полости конвертера возрастают с 13,5-109 Дж (при типовой продувке) до 31,4-109 Дж (при использовании двухконтурной фурмы) и 49,5-109 Дж при дожигании СО в объеме газошлаковой эмульсии с передачей тепла поверхности металла в зоне продувки.

9. Расчетные данные свидетельствуют о возможности повышения расхода лома в завалку с 277 кг/т до 331 и 378 кг/т, а также снижения расхода чугуна на плавку соответственно с 723 до 669 и 622 кг/т. При этом длительность продувки конвертерной ванны кислородом снижается с 20 мин до 16,6 и 12,8 мин, а годовое производство жидкой стали возрастает с 1,47 до 1,60 и 1,78 млн.т., что свидетельствует о существенном повышении экономической эффективности кислородно-конвертерного процесса.

10. Расчетный экономический эффект от использования дополнительного тепла от дожиагния СО в системе встречных газовых потоков над зоной продувки составляет более 200 млн. руб. в год на один кислородно конвертерный агарегат.

1. Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Комаров С.В. Конвертерный процесс с комбинированным дутьём. М.: Металлургия, 1991г., 176с.

2. Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Черевко В.П. Тепловая работа кислородных конверторов. М.: Металлургия, 1988г., 174с.

3. Кобеза И.И. Энергосберегающие методы интенсификации сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1988г., 167с.

4. Лузгин В.П., Меркер Э.Э. Эффективность работы мартеновских печей. М.: Металлургия, 1992г., 144с.

5. Меркер Э.Э. Газодинамическая защита зоны продувки в сталеплавильных агрегатах. М.: Металлургия, 1994г., 176с.

6. Чернятевич А.Г., Гензер Л.А., Айзатулов Р.С. и др. //Комбинированная продувка в конверторах с использованием двухъярусной фурмы. Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №7, 1988г., с 48 51.

7. Колганов Г.С., Колесников М.В., Хмелевская А.Б. и др. // Дожигание отходящих газов в конверторе. Сталь №5,1985г., с 24-26.

8. Баптизманский В.И., Никифоров Б.В., Бойченко Б.М. и др. Работа 130т. конверторов, оборудованных двухъярусными фурмами. // Экспресс информация института «Черметинформация». Серия «Сталеплавильное производство», вып.№3, 1974г., с 14 - 18.

9. Меркер Э.Э. Проблемы дожигания оксида углерода и утилизации пыли в конверторе. М.: Металлургия, 1996г., 192с.

10. Айзатулов Р.С., Белокуров Э.С., Смоктий В.В. и др. // Основные закономерности дожигания окиси углерода в конверторе. Сталь №4, 1980г., с 18 -21.

11. Меркер Э.Э., Свяжин А.Г., Лузгин В.П. и др. // Применение газовой завесы над зоной продувки в мартеновской печи. Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №1, 1971г., с 56 60.

12. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. // Дожигание монооксида углерода в конверторе с учётом влияния шлака. Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №5,2001г., с 12 16.

13. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю. и др. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984г., 716с.

14. Основы практической теории горения. / Под ред. Померанцева В.В. / Л.: Энероатомиздат, 1986г., 312 с.

15. Механизм вторичного окисления оксида углерода в конверторе. / Хираи М., Цудзино Р., Мукаи Т. и др. // Тэцу то хаганэ, №9, 1987г., с 1117 1125.

16. Лалетин В.Г., Кричевцов Е.А., Баранова А.А. Надёжность работы газоотводящего тракта // Металлургическая теплотехника, №1,1972, с 17.

17. Канторович Б.В., Миткалинный В.И., Делягин Г.Г. и др. Газодинамика и теория горения потока топлива. -М.: Металлургия, 1971г., 488с.

18. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976,488с.

19. Дожигание оксида углерода в конверторе с комбинированной продувкой. / Фукуяма Т., Мацумото Е. И др. // Тэцу то хаганэ, Х212,1985. с 262 269.

20. Факторы, влияющие на дожигание СО. / Цудзино Р., Мукаи Т. и др. // Тэцу то хаганэ, №4, 1985г., с 189 — 194.

21. Комбинированные процессы выплавки стали в конверторах. / Шнееров А.Я., Смоктий В.В. и др. // Институт Черметинформация, вып. 4, 1982. с. 23-28.

22. Изучение процесса дожигания СО. / Цудзино Р., Мукаи Т. и др. // Тэцу то хаганэ, №4,1985. с. 188 192.

23. Такахаси У. Разработка верхней фурмы для вторичного дожигания СО в экспериментальном конверторе //J. Iron and Steel Instit., №4, 1937. c.216-221.

24. Афонин C.3., Мокрова В.П. // Применение комбинированных процессов выплавки стали в конверторах. Сталь №8, 1986г., с 34-37.

25. Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Третьяков Е.В. Металлолом в шихте кислородных конверторов. М.: Металлургия, 1982г., 135с.

26. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. Организация газодинамической защиты над зоной продувки в конверторе с учётом влияния шлака. Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №3,2001г., с 18-22.

27. Окороков Б.Н., Жуков Н.Н., Коминов С.В. и др. Оценка степени окисленности железа в отходящих газах конвертерного процесса// Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №1,1981 г., с 36-39.

28. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. Эффективность кислородно-конверторных процессов производства стали с дожиганием СО в отходящих газах. Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №4,2000г., с. 12 -14.

29. Глинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. М.: Металлургия, 1970.-408 с.

30. Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. О повышении эффективности продувки ванны с дожиганием отходящих газов в полости конвертера // Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия» №2,1996 г., с 1 5.

31. Арсентьев П.П., Квитко В.П. Конверторный процесс с донным дутьём. М.: Металлургия, 1983.68с.

32. Исследование технологии плавки с дожиганием газов в конверторе. Накамура X., Такахаси К., Каваи Р. и др. // Тэцу то хаганэ, №4, 1986. с. 1- 8.

33. Степанов А.Т., Меркер Э.Э., Щербаков В.А. Исследование режима продувки сталеплавильной ванны применением двухъярусного потока кислорода // Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия». №1,1981г., с 58 60.

34. Меркер Э.Э., Лузгин В.П., Явойский В.И. и др. Исследование процесса нагрева и обезуглероживания металла в мартеновской печи // Изв. ВУЗов «Черная металлургия». №11, 1976г., с 31 35.

35. Полетаев В.П., Шнееров Я.А., Яновский И.Я. и др. Организация многоструйной продувки сталеплавильной ванны кислородом // Изв. АН СССР. Металлы. 1973. № 5. с. 5-12.

36. Марков Б. JI. Методы продувки мартеновской ванны. М: Металлургия. 1974. - 240 с.

37. Королькова JI. Н., Меркер Э. Э., Колекционова Е. С. Применение ГДЗ для дожигания оксида углерода в конвертере // Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия». 1994. № 6. с. 68-71.

38. Кожухов А. А., Меркер Э. Э., Карпенко Г. А. Материалы международной конференции « Автоматизированный печной агрегат основа энергосберегающих технологий металлургии XXI века». Москва, МИ-СиС. 2000. с. 187-189.

39. Баптизманский В.И., Паниотов Ю.С., Купчинский А.Е. Распределение температур в объеме реакционной зоне при продувке металла кислородов. Изв. вуз. «Черная металлургия», №10,1991, с. 15-18.

40. Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г., Ганзер JI.A. и др. Математическая модель дожигания СО в конвертере Газовая динамика // Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия». №6, 1998 г., с 7 11; Теплообмен. Изв. ВУЗов «Чёрная металлургия». №10,1998 г., с 20 - 25.

41. Меркер Э. Э., Кожухов А. А. Моделирование газодинамической пылеочистки в конверторе. Изв. вузов «Чёрная металлургия». 2000. № 11. с. 52-54.

42. Кожухов А. А., Меркер Э. Э., Карпенко Г. А. Исследование поведения вспененной ванны с применением ГДП в конвертере // Изв. вузов «Чёрная металлургия». 2000. № 9. с. 16-19.

43. Меджибожский М. Я., Бакст В. Я., Сельский В. И. Поведение вспененной ванны при продувке металла кислородом // Изв. АН СССР. Металлы. 1974. № 2. с. 7-10.

44. Баптизманский В. И. Теория кислородно-конвертерного производства. М: Металлургия. 1988. -174 с.

45. Югов П. И., Журавлёв В. М., Мокрова В. П. Повышение энергетической эффективности современного конвертерного производства. Сталь № 10.1986. с. 18-20.

46. Марков Б. Л., Кирсанов А.А. Физическое моделирование в металлурги. М.: Металлургия, 1984. 118 с.

47. Охотский В. Б., Борисов Ю. Н., Зражевский А. Д. и др. Особенности поведения вспененного шлака при продувке сталеплавильной ванны кислородом // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1996. № 6. с. 4-6.

48. Протопопов Е. В., Чернятевич А. Г., Ганзер Л. А. и др. О некоторых особенностях окисления примесей в конвертерной ванне с комбинированным дутьем // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1987. № 4. с. 23-28.

49. Окороков Б.Н., Коминов С.В., Хамзин С.А. Прогнозирование параметров состояния конвертерной ванны на трансформируемой системы расчета шихты // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1987. № 7. с. 61-64.

50. Казаков А.А. К вопросу образования С02 в конвертере с верхней продувкой. // Изв. АН СССР. Металлы. 1986. №4. с. 12-19.

51. Ярин Л.П., Сухов Г.С. Основы теории горения двухфазных сред. Л.: Энергоатомиздат. 1987. 240 с.

52. Павлик Т., Курч Л. Свойства струи, вытекающей из многосопловой фурмы. // Перевод № Н 51090. 1988. с. 161-165.

53. Явойский В. И., Дорофеев Г. А., Повх И. Л. Теория продувки сталеплавильной ванны. М: Металлургия. 1974.-495 с.

54. Меркер Э. Э. Интенсификация перемешивания сталеплавильной ванны двухъярусным потоком кислорода. // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1999. № 11. с. 28-31.

55. Квитко М. П., Афанасьев М. П. Кислородно-конвертерный процесс. М: Металлургия. 1974. - 343 с.

56. Сборщиков С.Г. // Итоги науки и техники. Сер. «Металлургическая теплотехника» / ВИНИТИ АН СССР. М.: ВИНИТИ, 1986.-t.7-c.3-71.

57. Хмелевская Е. Д., Чуханов 3. Ф. Исследование гидродинамики и массообмена « острой » струи газа с жидкостью. Докл. АН СССР. 1966. 168. № 6.1307.

58. Баптизманский В.И. Механизм и кинетика процессов в конвертерной ванне. Металлургиздат. 1960. 253 с.

59. Меркер Э. Э. Степанов А.Т., Куличенко В.А. Управление кислородными фурмами в ванне мартеновской печи.//Сталь, 1981,№4, с. 39-41.

60. Баптизманский В. И., Охотский В. Б., Просвирин К. С. и др. Об эффективности дожигания оксида углерода в полости конвертера // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1973. № 9. с.50-53; 1977.№ 6. с. 51-54; № 10. с. 24-26.

61. Чернятевич А. Г., Зарвин Е. Я., Борисов Ю. Н. и др. Применение двухконтурных фурм для продувки конвертерной ванны кислородом // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1982. № 10. с.155-156; 1977. № 12. с. 6165.

62. Окороков Б.Н., Трушин Г.Г., Коминов С.В. Взаимосвязь конструктивных размеров кислородных конвертеров и режимов их продувки // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1985. № 9. с.58-62.

63. Аленичев В. М., Абрамович С. М., Верёвкин В. И. Дожигание оксида углерода в полости конвертера кислородом // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1977. № 8. с.72-75.

64. Мабути М., Кокубу X., Накато X. и др. Анализ газового потока в конвертере. // Тэцу-то-хаганэ. 1989. Т. 75. № 7. с. 3-20.

65. Королькова Jl. Н., Колекционова Е. С., Меркер Э. Э. Исследование характеристик зоны продувки при организации струйной защиты в конвертере // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1993. № 9-10. с.21-24.

66. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М: Наука. 1976. - 888с.

67. Протопопов Е.В., Чернятевич А.Г. Исследование взаимодействия кислородных струй с отходящими конвертерными газами//Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1996. № 10. с.5-9.

68. Сурин В.А., Назаров Ю.Н. Массо- и теплообмен, гидрогазодинамика металлургической ванны. М.: Металлургия, 1993. - 352 с.

69. Бейтельман JI.C., Окороков Б.Н., Явойский А.В. и др.// Изв. АН СССР, Металлы, 1976, №4, с. 20-25.

70. Явойский В.И. Теория процессов производства стали. М.: Металлургия, 1967. 792 с.

71. Сизов А. М. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процессах. М: Металлургия. 1987.-256 с.

72. Шиш Ю.И., Рубин Л.В., Родь А.Г. и др. О характере взаимодействия с расплавом дозвуковой струи, истекающей из сопла фурмы. // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1987. № 12. с.29-33.

73. Явойский А.В., Хисамутдинов Н.Е. // Изв. вуз «Черная металлургия», 1987, № 10, с. 72-77.

74. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б. и др. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980.-487 е.

75. Линчевский Б.В. Техника металлургического производства. М.: Металлургия, 1992.-240 с.

76. Губанова О.И., Карпман И.М., Лунев В.В. О взаимодействии системы струй со встречным сверхзвуковым потоком. МЖГ. Изв. АН СССР, 1988, №5. с. 171-173.

77. Харада Т., Андо М., Кавачути К. и др. Моделирование дожигания СО в объеме конвертера // Тэиу то хага-нэ, 1985, №4. с. 187-192.

78. Толкунова И. Н., Шакиров К. М., Рыбалкин Е. М. Исследование на холодной модели поведения конвертерной ванны // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1990. № 4.C.3-6.

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

80. Меркер Э.Э., Акбиев М.А. исследование конвертерной плавки при многоструйной продувке ванны // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1980. №7. с.27-30.

81. Кляйн А.Л. в сб.: «Комплексная металлургическая переработка железных руд». Свердловск, 1976 (УралНИИЧМ. т. 26), с. 76-85.

82. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. «Наука», 1969, 3-е изд. 365 с.

83. Ланевский Э.Б., Нечкин Ю.М., Явойский В.И. и др. Исследование процесса шлакообразования в конвертерной ванне // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1975. №11. с.37-41.

84. Ланевский Э.Б., Нечкин Ю.М., Явойский В.И. Оптимизация шлакообразования при кислородно-конвертерной плавке. В сб. «Металлургия черных металлов». КазПТИ: 1979. с. 49-52.

85. Бигеев A.M., Бигеева Р.А., Колесников Ю.А. // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1969. №11. с.45-49.

86. Туркенич Д.И. Управление плавкой стали в конвертере. М.: Металлургия, 1971. с. 285.

87. Гречко А.В. Перемешивание расплава в барботажных пирометаллургических агрегатах // Металлы. 1992. №6. с. 5-8.

88. Гречко А.В. Изучение тепловых потоков в барботируемом расплаве при различных дутьевых нагрузках. // Металлы. №1, 1997. с. 10-16.

89. Кожухов А.А., Меркер Э.Э., Карпенко Г.А. // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 2002. №1. с.12-15.

90. Хиран М., Цудзино Р., Мукаи Т. и др. Механизм вторичного окисления в конвертере. // Тэцу то хаганэ. 1987 т. 72, №9, с. 1117-1124.

91. Окороков Б.Н. Явойский В.И., Голятин .Н. и др. // В сб. Физико-химические процессы производства стали. -М.: Металлургия, 1973. С. 58-68.

92. Смоктий В.В., Старов Р.В., Белокуров Э.С. и др. Сокращение расхода чугуна на производство конвертерной стали // Обзор инф. Ин-т «Черметинформация». М.: 1987. 34 с.

93. Явойский В.И., Лузгин В.П., Меркер Э.Э. и др. Продувка сталеплавильной ванны с применением двухъярусных фурм. // Изв. вузов. «Чёрная металлургия». 1972. №1. с.35-37.

94. Фукаяма Т., Мацумото Е., Мацуи X. И др. Дожигание СО в крупнотоннажном конвертере. // Тэцу то хаганэ, 1985, №12, с. 262-268.

95. Айзатулов Р.С. и др. Технологические основы сталеплавильных процессов. Москва, МИСиС, 2002,318 с.

96. Агеенков В.Г., Михин Я.Я. Металлургические расчеты М.: Металлургиздат. 1982,208 с.

97. Филиппов С.И. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1967,280 с.

98. Меркер Э.Э., Лузгин В.П. Устройство для продувки конвертерной ванны. А.С. № 342911, Б.И. № 20, 1972 г., с. 102.

99. Меркер Э.Э. и др. фурма для продувки жидкого металла. Авт. Свид. №255306. Б.И. № 33, 1969 г.

100. Морозова Т.Г., Касьянович О.С. Возможность увеличения степени дожигания СО в конвертере. В сб. научных трудов «Современная металлургия начала нового тысячелетия». Часть 3. Липецк, ЛГТУ. 2005. с. 28-32.