Введение к работе
Актуальность проблемы. Решение главной задачи современного кислородно-конвертерного процесса - получение по окончании продувки конвертерной ванны металлического полупродукта и шлака с заданным химическим составом и температурой при минимальных затратах материальных и энергетических ресурсов - неразрывно связано с оптимизацией параметров дутьевых режимов и устройств.
С учетом ведущей роли реакционной зоны взаимодействия кислородных струй с ванной на ход рафинирования расплава на настоящем этапе важно получить недостающую информацию о режимах взаимодействия многоструйного верхнего кислородного дутья с конвертерной ванной. Это необходимо для осознанного управления процессами перераспределения вдуваемого кислорода между металлической, шлаковой и газовой фазами рабочего пространства конвертера, а также подавления интенсивного выноса из реакционной зоны капель металла и шлака, приводящего к образованию металлошлаковых настылей на стволе кислородной фурмы и горловине конвертера.
Актуально в новых направлениях реализовать комплекс высокотемпературных и численных исследований гидрогазодинамических особенностей поведения конвертерной ванны, чтобы полученную информацию использовать для оптимизации режимов дутья и присадок шлакооб-разующих магнезиальных материалов, а также разработки высокостойких конструкций наконечников кислородных фурм, обеспечивающих как продувку конвертерной ванны, так и нанесение шлакового гарнисажа на футеровку агрегата.
Основной объем проведенных научно-исследовательских работ выполнен по грантам и программам Министерства образования и науки Российской Федерации.
Цель работы. Снижение энергетических и материальных затрат на выплавку конвертерной стали путем совершенствования дутьевых режимов и устройств, разработанных на основе теоретических и экспериментальных исследований в новых направлениях изучения гидрогазодинамических и тепломассообмейных закономерностей продувки конвертерной ванны.
Научная новизна. С использованием усовершенствованных установок и методик высокотемпературного моделирования получена новая информация:
о макроструктуре и параметрах реакционных зон в условиях верхней и комбинированной продувки кислоредными струями разного динамического напора через одно- и двухпоточные фурмы;
о гидрогазодинамической обстановке в рабочем пространстве конвертера при различных режимах верхней и комбинированной продувки со вспененным и «свернутым» шлаком.
Выполнена количественная оценка условий перехода к различным режимам взаимодействия с конвертерной ванной многоструйных верхних
кислородных потоков, а также получены уравнения/ приемлемые для определения размеров реакционных зон, рациональной высоты верхней кислородной фурмы в периоды наводки шлака и интенсивного обезуглероживания расплава.
Разработана методика проектирования цельноблочных высоко
стойких многосопловых наконечников для одно- и двухпоточных кисло
родных фурм. ......,
На базе разработанной математической модели произведена численная оценка тепловой работы цельноточенных многосопловых наконечников при новом варианте периферийного подвода охлаждающей воды в межсопловое пространство.
Совокупность установленных механизмов и закономерностей верхней и комбинированной продувки конвертерной ванны использованы при математическом моделировании гидрогазодинамических процессов в полости конвертера в условиях обычной и малошлаковой технологии плавки.
Практическая значимость и реализация в промышленности. Полученные в работе научные результаты использованы.для разработки технологических рекомендаций и промышленных конструкций цельноточенных наконечников одно- и двухпоточных кислородных фурм, обеспечивающих повышение ресурсо- и энергосберегающей эффективности продувки ванны 160-т и 350-т конвертеров ОАО «ЗСМК».
Внедрение разработанного дутьевого и шлакового режимов продувки конвертерной ванны с использованием предложенных.конструкций наконечников фурм применительно к сортаменту выплавляемых марок стали обеспечило экономию чугуна, извести и марганецсодержащих ферросплавов, повышение выхода годной стали, стойкости наконечников кислородных фурм и футеровки агрегата. Фактический годовой экономический эффект от внедрения предложенных разработок составил 29422 тыс. руб., в том числе с долевым участием автора 5884 тыс. руб.
Препмет зашиты и личный вклад автора. На защиту выносятся основные положения, представляющие научную новизну и практическую значимость:
результаты высокотемпературного моделирования гидрогазоди-. намических и тепломассообменных закономерностей поведения реакционных зон и конвертерной ванны в условиях верхней и комбинированной продувки кислородными струями разного динамического напора через одно- и двухпоточные фурмы при вспененном и «свернутом» шлаке;
методика проектирования и практические аспекты разработки новых конструкций цельноточенных наконечников одно- и двухпоточных кислородных фурм с оптимизированной системой периферийного охлаждения для 160-т и 350-т конвертеров;
результаты математического моделирования тепловой работы цельноточенных наконечников фурм и гидрогазодинамических процессов в рабочем пространстве конвертера при обычной и малошлаковой технологии продувки конвертерной ванны;
т практические результаты усовершенствования дутьевого и шлакового режимов продувки ванны 160-т и 350-т конвертеров с использованием предложенных конструкций дутьевых устройств.
Автору принадлежит: постановка задач теоретических и экспериментальных исследований; совершенствование методов высокотемпературного моделирования гидрогазодинамических явлений при продувке конвертерной ванны; разработка технологии дутьевого и шлакового режимов ведения плавки; методика проектирования и изготовления промышленных образцов предложенных наконечников фурм; результаты обработки и обобщения данных лабораторных и промышленных экспериментов и численного моделирования.
. . Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и обсуждены на VIII Международном конгрессе сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, Россия, 2004 г.); XI Международной конференции «Теория и практика сталеплавильных процессов» (г. Днепропетровск, Украина, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Металлургия России на рубеже XXI века» (г. Новокузнецк, Россия, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 6 статей в специализированных научных журналах, б в материалах и трудах международных научно-технических конференций и конгрессов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников из 220 наименований, приложения и содержит 142 страницы машинописного текста, 63 рисунка, 7 таблиц.
![Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс]](/i/i/4263/169004.png "Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс] Рябчиков Михаил Юрьевич")