ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепло- и массоперенос через слой металла и шлака из "Топливо Кн2" Косвенным признаком возрастания величины и увеличения интенсивности массообмена является уменьшение разности температур по толщине слоя, т.е. разности (/ -1 . В период чистого кипения мартеновской ванны, когда мощность перемешивания при определенных скоростях окисления углерода велика (см. рис. 11.3), в вертикальном направлении наблюдается очень незначительная разность как в температурах, так и в составах металла. При гораздо меньших мощностях перемешивания, наблюдающихся в период рудного кипения мартеновской плавки (в основном поверхностное образование пузырьков газа), разность температур по глубине ванны может достигать нескольких десятков градусов (до 4(М5 °С/м), а разность концентраций углерода — до двух десятых процента. [c.425] С качественной стороны эта зависимость подтверждается некоторыми производственными экспериментами. В этих экспериментах в качестве параметра перемешивания выступает скорость выгорания углерода с ростом которой возрастает объем выделяющихся газов, мощность перемешивания и величина критерия Так, с увеличением скорости выгорания углерода в период чистого кипения на 400-т мартеновской печи в опытах ВНИИМТ отчетливо наблюдалось увеличение виртуального коэффициента теплопередачи слоя шлака (рис. 11.5). С увеличением скорости выгорания углерода возрастали скорость нагрева металла в жидкой ванне (рис. 11.6, а), и результирующий тепловой поток через поверхность ванны (рис. 11.6, б). [c.426] С увеличением скорости выгорания углерода кривые виртуального коэффициента теплопередачи и теплоотдачи, а также скорости нагрева ванны и результирующего теплового потока (см. рис. 11.5 и 11.6) имеют тенденцию к затуханию, хотя, судя по рис. 11.3 и 11.4, при этом мощность перемешивания и критерий изменяются с незатухающим темпом. Так, для металлической ванны тенденция к затуханию кривых нагрева обнаруживается при 0,3+0,4 % С/ч, а для шлака — при еще меньших значениях = 0,15 % С/ч. Этим значениям соответствуют мощность перемешивания для металлической ванны около 70 кВт, для шлака — около 10 кВт, и соответственно числа около 400000 и 110000 (см. рис. 11.3 и 11.4). [c.426] Это явление объясняется тем, что при высокой интенсивности барботажа перенос тепла начинает лимитироваться в другом звене, например, в теплоотдаче на поверхность ванны. Может быть, это явление связано и с уменьшением фактического значения коэффициента теплопередачи барботирующего слоя шлака и металла из-за увеличенного относительного газосодержания при высокой интенсивности барботажа. [c.427] Заметим, что при активном воздействии струи на ванну в кислородном конвертере величина мощности струи, расходуемой на перемешивание, и значения критерия намного превосходят указанные предельные величины и полученные в подовых печах (М 200 кВт 210 ). В этих условиях (кислородный конвертер) уже можно говорить о том, что интенсивность перемешивания (макроперемешивания, барботажа) уже не является лимитирующим звеном протекания тепловых и диффузионных процессов. [c.427] Наряду с ускорением теплопередачи через слой барботирующего шлака и металла усшряются и массообменные процессы ускоряется, например, перенос кислорода для окисления примесей ванны, интенсифицируется удаление вредных примесей из металлов в шлак и т.д. [c.427] В сталеплавильных печах отмечены и другие, совершенно противоположные явления, связанные с передачей тепла и диффузией примесей через слой шлака при барботаже. Резкое уменьшение передачи тепла через слой шлака отмечалось при так называемом вспенивании шлака. При этом шлак служит массивным телом как при передаче тепла ванне, так и при массообмене (например, передача кислорода из атмосферы печи через слой шлака к металлу). Пенистый шлак характеризуется большим газо содержанием = VJV (где К — обьем пузырей в слое, м — обьем всего слоя), при этом происходит вспучивание общего объема шлака, ванна как бы покрывается шубой . Известно, что чем больше поверхностное натяжение на границе жидкость-шлак, тем больше вероятность образования пены. Из сталеплавильных шлаков к пенообр ованию склонны кремнеземистые железистые шлаки, а также не-проваренные неоднородные высокоосновные шлаки. Первые характеризуются низким поверхностным натяжением, вторые — высокой вязкостью, обусловливающей малую скорость прохождения через шлак пузырьков газа. [c.427] Пенообразование в некоторых случаях может происходить в мартеновских печах в конце плавления и в доводку при потере факелом светимости и уменьшении температуры склонного к пенообразованию шлака. При использовании мазутов, дающих плохо светящееся пламя, в мартеновской печи отмечались резкое снижение скорости нафева ванны, увеличение температуры отходящих продуктов горения и, как следствие, перефев насадок регенераторов, имелись симптомы у дшения при этом и массообменных процессов, например, резкое снижение скорости десульфурации металла (с 0,009 до 0,007 %/ч). Пенообразование в шлаке может вызвать и другие отрицательные явления в сталеплавильных процессах резко увеличивается выброс корольков металла из рабочего пространства конвертера, возрастают потери металла и уменьшается выход годного. [c.427] Значительный обьем работ по оценке мощности перемешивания шлаковой ванны применительно к процессу ПЖВ, в частности, к процессу РОМЕЛТ (см. п. 11.6.11), выполнен под руководством В. А. Роменца и А. Б. Усачева [11.22]. Ими проведен обзор теоретических представлений и формул для оценки мощности перемешивания. [c.427] По их мнению, в настоящее время наиболее представительной является работа А. А. Варенцова [ 11.23], в которой на основе общего термодинамического анализа проведено полное энергетическое исследование пневматического перемешивания. Главный вывод этой теории — для описания принципиально необратимого процесса перемешивания нельзя использовать выражения для работы газа в равновесных процессах. При этом только степень внешней неравновесности воздействий по отношению к жидкости определяет интенсивность перемешивания. По данному представлению, термическое расширение пузыря на определенной глубине ванны обеспечивает перемешивание жидкости только в результате передачи системе потока импульса через поверхность быстро всплывающего пузыря. [c.428] При этом первый член в уравнении (11.26) представляет основную часть работы вязкого сопротивления движения пузьфя, приблизительно равную работе архимедовой силы всплытия. Вторым членом, представляющим собой работу неравновесной части давления пузыря, можно пренебречь вследствие его малости. [c.428] По мнению А. Б. Усачева, средняя по ванне мощность перемешивания (Вт/м или Вт/кг) часто не дает правильного представления о протекании в ваннах процессах (например, при оценке критического размера капель штейна в печи Ванюкова). Важен правильный учет особенностей локального перемешивания при анализе тепломассообменных процессов в реагирующих перемешиваемых дисперсных системах (газожидкостные системы). Мощность перемешивания должна применяться в каждом конкретном случае с учетом технологии, а методики расчета мощности перемешивания должны основываться на положении принципиально неравновесной природы процесса перемешивания [11.22]. [c.428] С использованием методики энергетического анализа пневматического перемешивания [ 11. 23] были проведены оценки мощности перемешивания в характерных зонах ванны процесса РОМЕЛТ. Так, при переработке шлама (20 т/ч) с подачей угля 17 т/ч и дутья на одну нижнюю фурму 625 м /ч (70 % О ), общая мощность перемешивания барботируемого шлакового расплава в печи составляла = 877,1 кВт (41,4 кВт/м ). В то же время в основном барботажном слое выделялось 53,8 % от всей мощности перемешивания. [c.428] В работе [11.22] проводится детальное исследование эффективности перемешивания шлаковой ванны и, в частности, делается вывод о том, что в зоне барботируемого шлака обеспечивается близкая к максимально возможной гомогенизация по всем компонентам шлака, кроме оксидов железа. [c.428] Вернуться к основной статье