Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБЕЗУГЛЕРАЖИВАНИИ МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ

Карпенко Г.А.

Окисление углерода в подовых сталеплавильных агрегатах во многих случаях протекает в условиях отсутствия поверхностей раздела, создаваемых при слабом внедрении в металл струй окислительных газов. При этом источником кислорода для окисления углерода служит в основном окислительная атмосфера агрегата и присадки твердых окислителей. О месте преимущественного окисления металла кислородом высказано несколько точек зрения, основными из которых являются две.

Согласно первой из них местом преимущественного окисления углерода, являются горизонты металла в ванне, которые характеризуются соотношениями концентраций углерода и кислорода, близкими к равновесным. В соответствии со второй точкой зрения окисление углерода преимущественно развивается в сталеплавильной ванне на границе шлак – металл и в слоях металла близкой к этой границе переходной зоны.

Вопрос о месте преимущественного окисления углерода при продувке металла кислородом в сталеплавильных агрегатах не является чисто теоретическим, а имеет и практическое значение, в частности, для крупных дуговых печей, а также большегрузных кислородных конверторов с глубокой ванной. Непрерывное измерение температуры и активности кислорода в металле позволяет существенно уточнить представления о протекании реакции окисления углерода, что имеет чрезвычайно-важное значение для определения путей управления процессом.

Для выявленного неравномерного распределения кислорода по объему ванны и высокой активности кислорода в слоях металла, примыкающих к подине и откосам, потребовалось теоретическое объяснение. С этой целью определяют размеры пузырей окиси углерода в момент их зарождения и их рост от момента зарождения до выхода из металла в шлак. При этом исходят из того, что спонтанное зарождение пузырей СО в объеме металл невозможно и что эти пузыри зарождаются гетерогенно в порах подины и откосов печи не смачиваемых металлом. Предполагается, что на границе металл – пузырь условия близки к равновесию.

Зародыши газовых пузырей СО способны к росту только в том случае, если их внутренне давление рсо больше или по крайней мере равно внешнему

рвн      (1)

где рат, рм, рш - давление атмосферы, столбов металла и шлака, Па; рсо - давление окиси углерода в пузыре, Па; σ - поверхностное натяжение, Н/м; r - радиус пузыря окиси углерода, м.

Парциальное давление окиси углерода, обрадовав шейся в результате окисления углерода, можно определить из константы равновесия реакции [С]+[О] =СОгаз: К = рсо/(ас·ао), откуда рсо=К·ао

Для расчета при содержании углерода менее 1 принимается ас = [%C]. Минимально возмож ный (критический) радиус зародыша пузыря окиси углерода rкр из соотношения (1) будет определяться поверхностным натяжением металла σокисленностью стали, учитываемой произведением [С]·ао, и глубиной за рождения пузыря (определяющей величину рм):

rкр = 2σ/(K[C]·ао - ратмш)                                            (2)

Необходимо учитывать, что жидкий металл стремится проникнуть в поры футеровки, имеющиеся на подине. Если принять, что сумме давлений ратмш, стремящихся «вдавить» металл в пору, противостоит только капиллярное давление, то максимальный размер пор ,еще не заполненных металлом, можно определить из соотношения:

rmaxп = 2σ×cos(180- θ)/(ратмш),                                    (3)

где θ - угол смачивания.

Расчеты показали, что размеры критических зародышей пузырей окиси углерода rкр, которые могут возникнуть в порах при измеренных активностях кислорода в слое металла у подины и откосов, и максимальные размеры пор, которые не заполнены металлом rmaxп, близки по порядку величины (10-6 м).

Однако, при использовании модели реальное изменение скорости обезуглероживания подвержено колебаниям из-за влияния различных факторов которые не учитываются в модели. Поэтому расчетные значения [C] по модели (9) тоже будут колебаться, т.е. будут не только уменьшаться, но и увеличиваться по ходе плавки, что противоречит физическому смыслу.

Структура модели позволяет настраивать параметр существенно быстрее чем в обычной регрессионной модели.         

Работа выполнена под руководством проф., д.т.н. Меркера Э.Э.


Библиографическая ссылка

Карпенко Г.А. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБЕЗУГЛЕРАЖИВАНИИ МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=514 (дата обращения: 01.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074