IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Целью настоящего исследования было проведение комплексных теоретических, лабораторных и промышленных исследований по оценке эффективности удаления неметаллических включений в промковше и определение рациональных значений интенсивности продувки, которая бы обеспечивала оптимальный размер газовых пузырьков, а также не приводила к оголению зеркала металла и захвату шлаковой фазы.

Удаление неметаллических частиц из стали при продувке инертными газами происходит благодаря их прикреплению к пузырьку на границе металл–газ. [1]

Время, необходимое для перехода неметаллических включений через межфазную границу металл – газ, может оцениваться как 10^-4 – 10^-6 с. Тем не менее, на практике столь значительного снижения содержания неметаллических включений при обычных режимах продувки не достигается, что следует рассматривать как подтверждение того факта, что далеко не все столкновения пузырьков с включениями приводят к их сцеплению. Кроме того, некоторая часть неметаллических включений затягивается в металлическую ванну в области бурления и выхода пузырьков из металла в шлак. [2]

Во время интенсивной продувки, охватывающей весь объем жидкой ванны, в ней устанавливается режим развитой однородной и изотропной турбулентности, при которой укрупнение взвешенных частиц за счет пульсаций конвективных потоков происходит быстрее.

Важнейшим результатом продувки металлической ванны инертным газом является быстрое удаление неметаллических включений за счет интенсивного их укрупнения в потоках, обтекающих всплывающие пузырьки. Удаление неметаллических включений из стали в шлак может осуществляться за счёт флотации взвеси всплывающими пузырьками и ускоренного укрупнения их в образующихся потоках. Время быстрого градиентного укрупнения монодисперсной взвеси _гр. можно определить из соотношения [1]

где n₀ – количество частиц неметаллических включений; r – радиус частиц, мкм; R – радиус всплывающих пузырьков, мм; Q – расход газа, л/мин; U – скорость движения металла, м/мин.

Из этого выражения следует, что _гр. линейно уменьшается с уменьшением размера пузырей и несколько в меньшей степени – с увеличением расхода газа. Соответственно рафинирующую продувку целесообразно осуществлять в режиме мелких пузырьков, равномерно распределённых по объёму расплава.

В лаборатории кафедры ММ были проведены эксперименты по продувке жидкого металла инертными газами на холодной модели (рис. 1). На экспериментах исследовалась продувка через погружную фурму и днище.

В условиях интенсивной продувки металлического расплава инертным газом теряет свое значение всплытие неметаллических включений в результате действия сил выталкивания вследствие разности плотностей металла и оксидной фазы, а также перенос включений конвективными потовами или их движение в концентрационных полях.

 

4

2

1

3

 

1-ковш, 2-погружная фурма, 3-продувка через днище ковша,4-крышка ковша

Рисунок1.– Холодная модель продувки жидкого металла в ковше погружной фурмой и через днище ковша.

Для определения величины захвата шлаком НВ на холодной модели вместоНВ были подобраны частицы керамзита размером от 4мм до 0,5мм. Продувку жидкости проводили вначале без кермзита, определяя необходимый расход газа для того, чтобы не открывалось зеркало металла (вода от масла) при интенсивном перемешивании жидкости и возможности получения мелких пузырей. Расход газа был выбран 2л/мин.

Далее выясняли с какими частицами далее можно было работать.Для этого сначала брали класс частиц -4+0,5 мм,заыпали в жидкость (рис.2) и жидкость продувалась воздухом.Оказалось, что частицы размером менее 1-1,5 мм циркулируют по жидкости, частицы более 1,5мм сразу всплывают на поверхность ( и при донной, и при верхней продувке), то есть здесь оказывает влияние большое разность плотностей материала и жидкости. При уменьшении частиц, их плотность увеличивается и они в состоянии под действием газожидкостного факела движутся по объему жидкости (рис.2).

 

2

1

 

1. частицы размером более 1,5мм, 2- частицы размером 1-1,5мм.

Рисунок 2 –Влияние размера частиц крамзита на их движение в жидкости при продувке.

Далее проводили эксперименты , выявляя какая часть частиц класса -1,5+1 мм захватывалась шлако при продувке через верхнюю фурму и днище ковша. Для этого брали одинаковую массу частиц керамзита -1,5+1мм по 9г и помещали в продувочный ковш.Проводили продувку в течение различного времени:1,2,3 и 4 минуты. Продувка велась через 3 сопловую фурму сверху и снизу из одной точки в центре ковша через 3 отверстия по площади равные 3-сопловой фурме.После каждой минуты собирали частицы,которые при продувке как сверху, так и снизу, захватывал шлак.Результаты эксперимента представлены на рис. 3.

Рисунок 3- Влияние времени и вида продувки на захват частиц шлаком

Из эксперимента видно, что нижняя продувка менее эффективна-это связано с тем, что газожидкостный факел мало рассредоточен по объему ковша и соответственно, частицы попадая в застойные зоны не могли достигнуть шлака.

Далее проведены были эксперименты : донная продувка велась из 3 точек, расположенных по окружности на расстоянии 120градусов друг от друга. Радиус окружности был в 2 раза меньше радиуса ковша. Расходы были как и в 1 эксперименте, площади, через которые продувалась жидкость сверху и снизу тоже не менялись.Результаты представлены на рис. 4.

Рисунок 4-Влияние времени и вида продувки на захват частиц шлаком

Для данного эксперимента продувка через днище эффективнее, чем через верхнюю фурму, к тому же для данного случая происходит меньший отрыв шлака и попадание его в жидкость.

Список литературы:

1. Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. – М.: Металлургия, 1994. - 440 с.

2. Tassot P., Reichert N. Ways of Improving Steel Quality in the Tundish // Revure de Metallurgie. – 107. – 2010. - pp.175-185

Код для цитирования: Скопировать