СПОСОБ ПЫЛЕОСАЖДЕНИЯ НАД ЗОНОЙ ПРОДУВКИ В КОНВЕРТЕРЕ
METHOD OF DEDUSTING ABOVE ZONE OF REFINING IN CONVERTER

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способу продувки металла кислородом или другим газом в рабочем пространстве конвертера при производстве стали или цветных металлов.
Известны способы организации газоструйной защиты над зоной продувки металла в конвертере [1, 2], позволяющие осуществить пылеподавление и осаждение пыли путем воздействия встречных струй кислорода (воздуха или других газов) на поток отходящих газов из зоны продувки конвертера.
Недостатки всех этих способов в конвертере вытекают из сложности конструкции устройств [2, 3], реализующих известные способы подавления пыли и очистки отходящих газов от пыли над зоной продувки металла по причине расположения струй дутья из кислорода внутри экрана, погруженного примерно на треть в расплав шлака и металла.
В этом ограниченном пространстве в результате дожигания окиси углерода кислородом образуется к тому же дополнительное количество пыли в результате окисления брызг металла и их разрывов на мелкие капельки металла. В результате отсутствия над системой струй дутья [1, 2] дополнительной газоструйной системы, например, из кислорода или другого газа степень подавления и очистки газов от пыли является в данном случае крайне не эффективной.
Недостатком этих известных способов является то обстоятельство, что пылеподавление и очистка газов не обеспечивает требуемую эффективность пылеосаждения над зоной продувки в конверторе из-за сложности конструктивных решений в аналогах [1, 2] и не обеспечения соответствующих газодинамических условий по противодавлению встречному потоку отходящих из зоны продувки газов.
Известен также способ [3] подавления и очистки газов над зоной продувки металла в конверторе или в другом агрегате, основанный на применении двухъярусных кислородных фурм с отдувом, позволяющие создавать над зоной продувки систему струй дутья из кислорода и многоструйную конусообразную газовую систему. Причем эта конусообразная газовая система с шахматным и однорядным расположением струй кислорода или другого газа располагается над системой струй дутья и поверхностью металла в зоне продувки, что позволяет осуществлять определенное пылеподавление и очистку отходящих из зоны продувки газов от пыли.
Однако такой способ не эффективен, т.к. не обеспечивает требуемый уровень пылеосаждения над зоной продувки в конверторе, вследствие того, что в нем не предусматривается создание организованного движения струй в двух газовых системах и регулирование степени стесненности струй между собой, а это не обеспечивает эффект противодавления для потока отходящих газов.
2
3
р·з
г
Кроме того, в аналоге [3] системы газовых струй не учитывают размеры локальной зоны продувки, откуда поднимается вверх поток отходящих газов с газодинамическим импульсом силы , кг·м/с. Здесь Д - диаметр реакционной зоны продувки на поверхности металла в конвертере, м; ρ - плотность потока отходящих газов, кг/м;  - усредненная скорость потока отходящих из зоны продувки газов, м/с.
2
c·к
В то же время навстречу потоку отходящих газов подают [3] конусообразную газовую систему из струй кислорода или другого газа с импульсом силы , кг/с, где d - диаметр одной струи конусообразной газовой системы, м;  - скорость струи газа на выходе из сопла фурмы, м/с.
2
3
c·∂
с
По аналогии определяется и импульс силы для струй системы кислородного дутья , кг·м/с, где d - диаметр струи дутья на выходе из сопла фурмы, м; ρ - плотность струи дутья, кг/м;  - скорость струи кислородного дутья на выходе из сопла, м/с.
Технический результат изобретения - создание эффективной системы пылеосаждения над зоной продувки путем увеличения степени очистки от пыли отходящих из зоны продувки газов.
2
Технический результат изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе пылеосаждения над зоной продувки в конвертере осуществляют продувку металла струями кислородного дутья, размещают над системой кислородного дутья многоструйную конусообразную газовую систему, направляют струи газа конусообразной газовой системы навстречу потоку отходящих запыленных газов и обеспечивают противодавление этому потоку при соблюдении условия  где , ,  - импульсы сил потоков струй газов системы кислородного дутья, конусообразной газовой системы и отходящих запыленных газов, кг·м/с.
При этом в способе обеспечивают противодавление потоку отходящих запыленных газов со стороны направленных навстречу ему струй многоструйной конусообразной газовой системы и струй кислородного дутья за счет образования на осях потоков этих двух систем максимальной скорости , где:  - скорость потока на оси каждой струи, м/с, причем  - усредненная скорость потока отходящих газов, м/с.
Кроме того, в способе дополнительно по оси системы кислородного дутья располагают центральную газовую струю, которую вращают вокруг этой оси.
На фиг.1 изображена схема, поясняющая описываемый способ пылеосаждения над зоной продувки металла в конвертере.
На фиг.2 изображена схема пылеосаждения над зоной продувки металла в 5-тонном конвертере.
Предлагаемый способ пылеосаждения осуществляется следующим образом.
г
2
к
2
отх
с
В соответствии со схемой на фиг.1 на поверхности металла (1) в результате его продувки струями дутья из кислорода (3) образуется реакционная зона (2), из которой выделяются отходящие технологические газы с импульсом силы i  (кг·м/с). Этот поток отходящих газов поднимается вверх и встречается с многоструйной конусообразной газовой системой (4), причем струи газа этой системы истекают из сопел отдува (6) фурмы (5), а импульс силы струй конусообразной газовой системы равен i , кг·м/с.
г
отх
Струи системы кислородного дутья (3) вытекают из сопел дутья (7), расположенных в корпусе фурмы (5). При этом струи дутья из кислорода (3) внедряются в жидкий металл (2), где осуществляется реакция окисления углерода с кислородом и выделение оксида углерода. После чего пузырьки окиси углерода с пылью и мелкими брызгами поднимаются вверх из зоны продувки (2) и встречаются затем струями кислорода (4) конусообразной газовой системы. Для торможения потоку отходящих газов с импульсом силы i  дополнительно по оси системы струй кислородного дутья (3) располагают центральную газовую струю (9), которую для увеличения эффекта пылеосаждения вращают вокруг своей оси.
г
2
∂
2
к
2
отх
c
с
Таким образом в соответствии со схемой способа пылеосаждения (фиг.1) поток отходящих газов с импульсом силы i  (кг·м/с) встречается с вихревым потоком центральной газовой струи (9), соударяется после этого со струями системы кислородного дутья (3) с импульсом силы i  (кг·м/с), а затем попадает в много - струйную конусообразную систему (4) с импульсом силы i  (кг·м/с). Организация такой многоуровневой системы противодавления (фиг.1) встречному потоку отходящих газов и позволяет обеспечивать высокую степень пылеосаждения над зоной продувки в конвертере.
г
∂
к
отх
c
с
Ниже в таблице 1 приведены расчетные данные импульсов силы для потока отходящих из зоны продувки газов (i ), струй системы дутья (i ) и многоструйной конусообразной газовой системы (i ) по приведенным ранее формулам.
Таблица 1
Вариант
Диаметр, м
Скорость <img file="00000013.tif" he="5" wi="3" img-content="undefined" img-format="tif" />, м/с
Р<sub>г, кг/м</sub> <sup>3</sup>
0,25·3,14
Значение импульса, кг·м/с<sup>2</sup>
1
1,5
0,5
1,29
0,785
i<sup>г</sup> <sub>отх</sub>
0,60
2
0,04
200
1,29
0,785
i<sup>∂</sup> <sub>c</sub>
64,8
3
0,02
100
1,29
0,785
i<sup>к</sup> <sub>с</sub>
4,05
3
3
В таблице 1 для расчета взяты данные работы 150 т конвертера с продувкой металла кислородом при удельном расходе его на струи дутья 3 м/(т·мин) и 1 м/(т·мин) на многоструйную конусообразную систему. Другие значения приняты из данных результатов выполненных исследований [1, 2] и данных аналогов [2, 3].
Каждая струя в обеих системах на оси имеет текущую скорость , a при соответствующем взаимодействии струй между собой (например, при контакте этих струй вблизи поверхности металла) на оси фурмы, т.е. на оси обеих систем, образуется максимальная скорость  из-за того, что максимумы скоростей в системе струй дутья и в многоструйной конусообразной системе при контакте этих струй между собой у поверхности металла смещаются от осей этих струй (где , м/с) к оси фурмы (5) на фиг.1, т.е. наступает момент, когда .
Как видно из схемы (фиг.1), в корпусе фурмы (5) расположены две медные головки с соплами отдува (6) и соплами дутья (7), которые и обеспечивают подачу кислорода или другого газа на поверхность металла (1) для осуществления продувки металла кислородом с обеспечением пылеосаждения над зоной продувки.
∂
к
∂
к
г
2
c
с
c
с
отх
Режим пылеосаждения струями системы кислородного дутья (3) и конусообразной газовой системой (4) организуется таким образом, чтобы усредненный поток импульса силы струй дутья i  превышал поток импульса силы струй конусообразной газовой системы i , а усредненные эти потоки (i  и i ) превышали бы усредненный поток импульса силы отходящих газов i , кг·м/с или Н.
∂
к
c
с
Импульс силы потока в системе струй дутья всегда превышает таковой для струй в конусообразной системе, т.е. i >i , т.к. расходы кислорода на продувку металла заметно превышают расход кислорода или воздуха подаваемых на пылеподавление или дожигание оксида углерода над зоной продувки в конвертере.
В результате подсасывющих свойств струй дутья поток запыленных газов из зоны продувки вынужден поворачивать в сторону этих струй, а затем и в сторону струй конусообразной газовой системы.
Об эффективности применения предлагаемого способа пылеосаждения над зоной продувки в конвертере свидетельствуют результаты выполненных исследований на 5 т агрегатах (фиг.2), выполненных в условиях ЗАО рНП «COMЗ».
3
3
3
д
к
г
с
с
отх
Зона продувки в 5 т конвертере (фиг.2) создавалась за счет подачи компрессорного воздуха (вместо кислорода) через боковые сопла (8) с расходом воздуха около 6 тыс.м/ч. Режим пылеосаждения над зоной продувки (2) осуществляли при помощи двухъярусной фурмы (5), причем через нижние сопла дутья (7) подавали воздух для создания системы струй (3) дутья (расход воздуха около 1-2 тыс.м/ч) у поверхности металла (1) в зоне продувки (2), а через верхние сопла отдува (6) подавали воздух (около 3 тыс.м/ч) для создания многоструйной конусообразной газовой системы (4). Расходы воздуха в струи дутья (3) и конусообразной системы (4) обеспечивали условие, что i ≥i  i . Результаты исследования (табл.2) свидетельствуют о существенном улучшении показателей по снижению пылеуноса из горловины конвертера, что подтверждает эффективность применения предлагаемого способа пылеосаждения (фиг.1) в производственных условиях, т.е. в условиях, например, конвертерного производства.
Таблица 2Содержание брызг и пыли дымовых газах 5 т в конвертерной плавки стали.
№ п/п
Результаты опытных данных по пылеуносу из конвертера
Режимы продувки конвертерной ванны
Типовой - боковое дутье
Двухъярусная фурма сотдувом
Нижний ряд сопел
Нижний и верхний ряды сопел
1
Расход воздуха на струи дутья, м<sup>3</sup>/ч I<sub>о2</sub>≈4 м<sup>3</sup>/(т·мин)
6000
6000
6000
2
Соотношение I<sub>о2</sub> <sup>дож</sup>/I<sub>о2</sub>
-
0,33
0,66
3
Брызгоунос у горловины, кг/(м<sup>2</sup>·мин)
1,52
1,08
0,63
4
Состав дымовых газов, %
а) монооксид углерода
85,0
65,8
68,9
б) диоксид углерода
8,8
21,5
24,7
5
Содержание технологической пыли, г/м<sup>3</sup>
30,2
17,3
16,0
Анализ данных табл.2 свидетельствует о практической возможности в производственных условиях осуществления способа пылеосаждения над зоной продувки в конвертере по схеме, приведенной на. фиг.2.
o2
2
3
По мере увеличения расхода кислорода (воздуха) в струи конусообразной системы (табл.2) при постоянном расходе (I=const) кислорода (воздуха) в струи дутья эффект по пылеосаждению возрастает, т.к. показатели по брызгоуносу (кг/(м·мин)) и содержанию пыли (г/м) в отходящих газах заметно улучшаются.
Список литературы
1. Авт. свид. СССР №355230, кл. С21С 5/48, 1969.
2. Авт. свид. СССР №(11)1002365, С21С 5/48, БИ №9, 1983.
3. Авт. свид. СССР №255306, кл. С21С 5/48, 1967 и авт. свид. СССР №414312, БИ №20, 1972.