ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Способы перемешивания плавильных ванн из "Топливо Кн2" При активном перемешивании рассматриваются соотношения различных внешних и внутренних сил ванны. [c.418] Механическое перемешивание возникает в ванне при вращении ванны (конвертер Кал-До), при введении в ванну стального лома и тд. Простой расчет показывает, что при подаче в ванну лома существенного эффекта перемешивания достичь нельзя, можно говорить лишь о каких-то местных эффектах. [c.418] Электромагнитное перемешивание применяется в настоящее время в электросталеплавильном производстве. Теоретические основы данного вида перемешивания относятся уже к области магнитной гидродинамики (МГД), которая рассматривает методы решения совмещенных уравнений гидродинамики и электродинамики. Электромагнитное перемешивание в электропечах дает существенный технологический эффект. [c.418] Есть существенная разница в воздействии струи на жидкость при подаче ее снизу и сверху. При подаче снизу на входе в жидкость газовая струя часто сразу резко расщи-ряется и разбивается на пузыри (рис. 11.2, б), однако при большом избыточном динамическом давлении газов (более 0,2 МН/м ) возможно проявление контуров очерченной газожидкостной струи в жидкости. [c.419] При направлении струи сверху вниз и ударе ее о поверхность жидкости происходит ее деформация, образуется так называемый кратер (рис. 11.2, а, в). Форма и размеры кратера определяются взаимодействием сил на поверхности жидкости, из которых большое значение имеют динамический напор струи, гидростатическое давление вытесненного металла, поверхностное натяжение на границе раздела фаз. [c.419] При взаимодействии газа с жидкостью возникает ее циркуляция, направление которой приближенно показано на рис. 11.2. При этом возможно появление брызг жидкости, особенно при большом угае атаки и при относительно малом расстоянии сопла от поверхности жидкости (см. рис. 11.2, а и в). С увеличением расстояния сопла от зеркала ванны увеличивается площадь атакуемой струей поверхности, но уменьшается мощность струи у поверхности (полный угол раскрытия атакующей струи 22-28°). С увеличением угаа атаки струей ее общее давление на поверхность достигает экстремума при р = 45°. Оптимальные условия воздействия струи на ванну подбираются из условия достижения как достаточной мощности струи, так и достаточно большой поверхности воздействия струи на ванну. Так, в сталеплавильном производстве относительно уменьшают величину Н , но в то же время увеличивают р путем применения многосопловых фурм с расположением сопел под угаом 15-45° к оси фурмы. [c.420] Например, для 100-т конвертора при расходе кислорода 5 м /с и средней скорости его у поверхности ванны 165 м/с мощность атакующей струи по формуле (11.11) составит М = 0,5 1,43 -5 165 = 970 кВт. [c.420] Здесь условно принято, что секундный обьем перемешиваемого металла равен объему металла в ванне. Эта величина характеризует высокий уровень циркуляции и турбулентности уже только под действием сфуи в кислородном конвертере. Фактически мощность, зафачиваемая в кислородных конвертерах на перемешивание, значительно выше, чем подсчитано с использованием уравнения (11.12), так как на величину этой мощности накладывается еще значение мощности, появляющейся при всплывании пузырей. [c.420] При донной кислородной продувке (снизу) обеспечивается более высокая интенсивность перемешивания ванны, чем при продув сверху. Как следствие этого, при донной продувке происходит по сравнению с продувкой сверху (при той же интенсивности) большее усвоение кислорода металлической ванной (в результате этого уменьшается продолжительность продувки), и получается более низкое содержание кислорода в металле. Так как при донной продувке дутье в большой степени рассредоточено, возможно повышение интенсивности продувки без появления выбросов и выносов. Размеры кусков лома могут быть больше, что объясняется при донной продувке режущим действием донных фурм (вместе с кислородом подается защитный горючий газ), а также большей интенсивностью перемешивания ванны. [c.421] Естественное перемешивание возникает под действием подъемных архимедовых сил из-за неравномерности плотности в отдельных частях обьема жидкой ванны. При этом более тяжелые объемы жидкости опускаются, а более легкие стремятся всплыть наверх. Тепловое конвективное движение может возникнуть в результате неравномерного подвода тепла к различным частям ванны. Однако возникающая под действием теплового конвективного движения циркуляция масс металла, как правило, довольно малоинтенсивна. [c.421] Наиболее существенно на перемешивание сталеплавильной ванны влияет наличие в ней газовой фазы в виде поднимающихся (барботирующих) пузырьков газа. Обычно это пузырьки образующихся в ванне в результате окислительных процессов СО и частично СО . [c.421] Движение металла в ванне может возникнуть вследствие различного газосодержа-ния (в пузырьках) и, как следствие, плотности двухфазной струи в различных местах ванны. Такое явление происходит в относительно холодной ванне в первое время после плавления, когда металл еще крайне вязок. Пузырьки СО, выделяясь в различных частях ванны, не могут быстро всплывать вверх, они как бы запутываются в металле, обусловливая подчас и вспучивание ванны (так называемое вспенивание). Так как скорость выгорания ушерода металла в различных частях ванны неодинакова, то и газосодержание в различных местах оказывается неодинаковым, что обусловливает различную плотность отдельных объемов ванны. Объемы ванны с большим газо-содержанием и меньшей объемной плотностью перемещаются вверх, на их место поступают более тяжелые массы металла. Однако это движение чрезвычайно замедленно, скорости перемещения отдельных масс не превышают при этом 10 м/с. [c.421] Механизм перемешивания жидкости под действием поднимающихся газовых пузырей представляется следующим образом, В результате действия сил поверхностного натяжения на поверхности газового пузыря создается довольно устойчивая жидкая пленка, которая перемещается вместе с пузырем. Эти пленки сами по себе создают массоперенос по высоте металла и шлака в ванне. Кроме того, при движении пузырьков между пленкой и жидкостью возникают силы трения, вызывающие смещения в жидкости, и тем самым процесс ламинарного, а при достаточной мощности — турбулентного перемешивания. [c.422] Так как величина 0 характеризует интенсивность процессов перемешивания, то, как видно из уравнения (11.15), интенсивность перемешивания зависит от коэффициента газосодержания (относительного о ьема выделяющихся газов) и их динамического напора. Скорость всплывания пузырьков в жидкой ванне оказывается в пределах 0,15-0,3 7 м/с. [c.422] Из этой формулы следует, что мощность потока пузырьков пропорщ10нальна объему газа, выделяющегося в пузырьках (независимо от размера пузырька), и возрастает с увеличением высоты ванны Я . [c.423] Так как мощность, затрачиваемая на преодоление сил поверхностного натяжения при расширении газа в пузырьках, не учитывается, то мощность, затрачиваемая на перемешивание М , будет меньше, чем найденная по уравнению (11.16), на величину [см. уравнение (11.13)]. Значение на порядок меньше общего значения мощности всплывающих пузырьков, и может быть принято А/ М . [c.423] На рис. 11.3 приведены рассчитанные значения мощности перемешивания по формуле (11.16) и критерия по формуле (11.6) в зависимости от емкости ванны мартеновской печи и скорости выгорания углерода v . [c.423] Газовая фаза может возникать в верхних частях ванны, что характерно, например, для мартеновской плавки в период рудного кипения, когда окисление углерода совершается в основном вблизи границы металл - шлак. При этом, как следует из формулы (11.16), величина мала, так как значение невелико. При поверхностном (рудном) кипении хорошие условия для перемешивания создаются лишь для слоя шлака. [c.424] Динамическая вязтость шлака изменяется в значительных пределах и, в зависимости от состава шлака, может превосходить вязкость жидкого металла в 2,5-25 раз. Учитывая меньшую величину слоя шлака, при использовании формул (И. 16) и (11.6) для слоя шлака получаем значительно меньшие значения и чем для металлической ванны. Тем не менее получаем довольно большие значения которые показывают, что при кипении обычных шлаков создаются хорошие условия для турбулентного перемешивания и, следовательно, для тепло- и массопереноса через слой шлака (рис. 11.4). Кривые рис. 11.4 построены при динамической вязю)сти шлака ц = 37,8-10 Н с/м , толщина шлака принята равной для печей емкостью 100,400 и 600 т соответственно 0,12 0,15 и 0,18 м. За секундный обьем перемешиваемого шлака при расчете принят обьем шлакового слоя указанной толщины. [c.424] Вернуться к основной статье