Теплофизика металлургических процессов

Лисиенко В.Г., Лобанов В.И., Китаев Б.И.

Металлургия, 1982 г.

СПОСОБЫ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПЛАВИЛЬНЫХ ВАНН

При рассмотрении способов перемешивания ванн целесообразно рассматривать активное перемешивание, т. е. происходящее под действием дополнительной энергии, вносимой в ходе технологического процесса, и естественное перемешивание, совершающееся под действием подъемных архимедовых сил. В соответствии с этой классификацией к активным способам можно отнести механическое и электромагнитное перемешивание, а также пневматическое перемешивание под воздействием различного рода струй. К естественному перемешиванию можно отнести так называемое гравитационное перемешивание отдельных масс жидкостей и пневматическое перемешивание ванны за счет движения пузырьков (барботажа) технологических газов. Легко заметить, что естественное перемешивание (гравитационное и пневматическое) в конечном счете определяется действием на ванну и ее отдельные объемы подъемных архимедовых сил и зависит от разности плотностей, возникающей в отдельных участках ванны. В реальных условиях плавильных ванн перемешивание может возникать под действием различны/ механизмов, активное и естественное перемешивания могут сочетаться в различных формах.

При активном перемешивании рассматриваются соотношения различных внешних и внутренних сил ванны.

Механическое перемешивание возникает в ванне при вращении ванны (конвертер Кал-До), при введении в ванну стального лома и т. д. Простой расчет показывает, что при подаче в ванну лома существенного эффекта перемешивания достичь нельзя, можно говорить лишь о каких-то местных эффектах.

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.

Струйное перемешивание в ванне возникает под действием различного рода струй, используемых в технологическом процессе. Эти струи могут быть направлены сверху вниз и внедряться в* зеркало ванны вертикально или под некоторым углом (кислородные конвертеры с верхним дутьем, мартеновские печи при подаче кислорода с помощью сводовых фурм, использование компрессорного воздуха и кислорода в качестве интенсификатора, а также сводовых горелок). Возможно распространение струй внутри массы металла (глубинная продувка ванн кислородом в мартеновских печах) и их подача снизу (конвертеры с донным дутьем).

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 расширяется и разбивается на пузыри (рис. 36,6), однако при большом избыточном динамическом давлении газов (более 0,2 МН/м²) * возможно проявление контуров очерченной газожидкостной струи в жидкости.