7.2 ОСНОВНЫЕ ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОДУВОЧНОГО БЛОКА

7.2 ОСНОВНЫЕ ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОДУВОЧНОГО БЛОКА СИСТЕМЫ СКОЛЬЗЯЩЕГО ЗАТВОРА ДЛЯ ИНЖЕКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В РАЗЛИВОЧНЫХ КОВШАХ

На характер процессов, протекающих при внепечной обработке стали, существенное влияние оказывают такие факторы, как конструкция и место установки продувочного узла, интенсивность подвода реагентов и обеспечиваемый режим истечения газа в жидкий металл [19, 133, 160]. Достигаемые при этом технико-экономические показатели зависят от того, насколько удачно подобрана комбинация указанных факторов. Учет их роли в развитии тепло- и массопереноса в перемешиваемой ванне позволяет оптимизировать предлагаемые технические решения при проектировании продувочных устройств с улучшенными газодинамическими характеристиками.

Разработка усовершенствованной конструкции продувочного узла ковшового затвора связана с решением двух основных задач. Во-первых, необходимо выбрать оптимальную форму и определить геометрические параметры сопла фурмы, при которых она одновременно обладает требуемой газопропускной способностью и имеет высокую степень надежности, позволяющую исключить применение специальных холодильников, размещаемых в газоподводящем тракте с целью предотвращения аварийного прохода жидкой стали в момент прекращения подачи газа.

Во-вторых, для конкретных производственных условий с учетом конструктивных особенностей разливочного устройства ковша и порядка выполнения технологических операций при разливке стали, прошедшей внепечную обработку, требуется разработать варианты крепления фурмы, обеспечивающие возможность ее установки в канал затвора как с новыми, так и с отработанными огнеупорными изделиями.

7.3. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ СОПЛА ФУРМЫ ДЛЯ ПРОДУВКИ СТАЛИ ГАЗАМИ
ЧЕРЕЗ КАНАЛ КОВШОВОГО ЗАТВОРА

Интенсивность тепло- и массообменных процессов, протекающих в жидкой металлической ванне при донной продувке, как известно, во многом зависит от угла раскрытия истекающей из сопла фурмы газовой струи, ее дальнобойности и режима истечения. Указанные параметры напрямую связаны с конструктивными особенностями сопла фурмы продувочного блока ковшового затвора.

Изучение явлений тепло- и массопереноса в жидкостных системах с целью определения влияния расходных характеристик применяемых продувочных устройств на интенсивность перемешивания в конечном счете сопряжено с выявлением картины полей скоростей потоков жидкости и времени ее гомогенизации.

Для качественной и количественной оценок показателей интенсивности перемешивания жидкости газом, вдуваемым через фурмы с различной формой поперечного сечения сопла, проводилось исследование процесса инжекционной обработки стали иа объемной и плоских моделях 250-тонного разливочного ковша, выполненных в масштабе 1:10.

Физическое моделирование с соблюдением критерия Фруда проводили на лабораторной установке, схематично изображенной на рис. 100. Она включает модель 250-тонного сталеразливочного ковша, компрессор, от которого сжатый воздух по гибким шлангам через ресивер поступает к фурме, установленной в днище модели ковша. Расход воздуха контролировался ротаметром, скорость движения жидкости измеряли с помощью тензорезисторного преобразователя по специально разработанной методике. Электрический сигнал, пропорциональный значению скоростного напора потока жидкости, действующего на приемный элемент преобразователя, после предварительного усиления подавался на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП и затем в цифровой форме поступал на ЭВМ для математической обработки с целью определения осредненного значения скорости жидкостных потоков в контрольной точке модели ковша, вывода на экран монитора зарегистрированного сигнала для визуальной оценки и последующей распечатки (при необходимости) на принтере [41].

На основании обработки данных большого числа измерений получены осредненные значения вертикальных и горизонтальных составляющих скоростей потоков жидкости на различных уровнях перемешиваемой ванны при расходах воздуха 15-200 см3/с, вдувавшегося через донные фурмы с различной формой сопл, и установлены границы раздела восходящих и нисходящих потоков жидкости, что позволило с известными допущениями с использованием ранее полученных теоретических зависимостей оценить достигаемый эффект перемешивания. Данные расчета
затем сравнивались с информацией о времени перемешивания, зафиксированного в идентичных условиях моделирования с помощью химического метода, сущность которого заключается в том, что в продуваемую жидкость погружали соединенные по мостовой схеме два удаленных один от другого датчика с платиновыми электродами и вблизи одного из них вводили определенное количество насыщенного раствора соли, вызывавшего разбаланс моста. Амплитуда и длительность действия электрического сигнала, поступавшего с выхода мостовой схемы и регистрировавшегося на ленте самописца, позволяли достаточно четко фиксировать момент выравнивания концентрации вводимого раствора по всему объему жидкости, что соответствовало времени ее полного перемешивания. На рис. 101 приведены графики изменения времени выравнивания концентрации введенного раствора соли в объеме модели ковша от интенсивности продувки при использовании фурм с различной формой сопла: цилиндрического 2 мм, цилиндрического 2,5 мм с коаксиально установленным сердечником 1,5 мм и щелевого 4*0,8 мм.

Наибольшая интенсивность перемешивания достигалась в случае использования щелевого сопла. Данный факт можно объяснить резким увеличением объема жидкости с повышенным газосодержанием в перемешиваемой ванне, т. е. обеспечением струйно-кавитационного режима донной продувки через фурму, имеющей щелевое сопло, о чем свидетельствуют картины газожидкостных потоков, зафиксированные на плоской прозрачной модели сталеразливочного ковша (рис. 102).

Полученная в ходе лабораторных экспериментов информация позволила обосновать Bыбop формы поперечного сечения фурмы в виде узкой щели. Геометрические параметры такого сечения должны быть такими, чтобы обеспечивалась достаточная газопропускная способность тракта фурмы, возможность инжектирования в жидкий металл порошкообразных реагентов и быстрое (в течение долей секунды) застывание жидкой стали в канале при резком сбросе давления в питающей магистрали. Следует отметить, что первые два требования находятся в противоречии с третьим, поскольку увеличение размеров поперечного сечения канала фурмы для достижения требуемой газопропускной способности, естественно, будет способствовать более глубокому проникновению в него жидкой стали, что недопустимо по условиям безопасности эксплуатации донных продувочных устройств.

В связи с отсутствием в технической литературе теоретических положений, позволяющих рассчитать размеры сопла фурмы, отвечающей перечисленным выше требованиям, возникла необходимость в разработке математического расчета оптимальных ее параметров, обеспечивающих высокий уровень безопасности эксплуатации затворов, используемых для реализации инжекционной обработки стали в разливочных ковшах различной вместимости.