книги из ГПНТБ / Кочо, В. С. Физико-химические и теплофизические особенности современного мартеновского процесса

обусловили полное усвоение присадки за счет тепла металлической части ванны.

Механизм влияния степени рассредоточения / на степень охлаж­ дения ванны уже был показан ранее. Случаи 15—17 подтверждают положение, согласно которому, чем меньшими порциями вводится присадка в ванну (больше степень рассредоточения), тем меньше ее охлаждающий эффект. В случае 15 через каждое из окон печи в среднем вводили 1,4 т окалины, в случае 16—1,0 т, что, естест­ венно, привело к снижению охлаждающего действия присадки. Слу­ чай 17 был необычен: 1,0 т окалины вводили в одно окно порциями

втечение 3 мин, в результате чего ванна не только не охлаждалась,

адаже наоборот, продолжала нагреваться (отрицательные значе­ ния охлаждающего эффекта подтверждают наблюдаемый рост тем­ пературы ванны), несмотря на локальное снижение температуры, зафиксированное в районе ввода присадки.

Естественно, что если параметры, обусловливающие величину охлаждающего эффекта, для ряда случаев ввода присадок харак­ теризуются величинами одного порядка, то предложенная методика позволяет получать стабильные значения охлаждающих эффектов присадок.

Подтверждением изложенного могут служить случаи 18—20 (см.

табл.25).

Втабл. 26 представлены теплофизические особенности усвоения боксита ванной сталеплавильной печи.

Одновременное увеличение степени рассредоточения ввода при­ садки и снижение скорости обезуглероживания обусловливают на­ грев основной массы присадки в фазах факел—шлак, в результате чего и наблюдается снижение степени охлаждения металлической части ванны в случаях 1—3. Если большой степени рассредоточения ввода присадки соответствует низкая температура металла, то ос­ новная доля тепла на нагрев присадки поступает от факела и шлака, а металлическая часть ванны не только не отдает тепло на усвоение присадки, а наоборот, поглощая его из рабочего прост­ ранства, продолжает нагреваться (см. отрицательные значения ох­ лаждающего эффекта боксита в случае 4).

Случаи 5—8 характеризуют влияние абсолютной температуры ванны на охлаждающее действие боксита. Как видно, с уменьше­ нием температуры охлаждающее действие присадки уменьшается, особенно если речь идет о рассредоточенном вводе (случай 8). Вы­ сокая температура металла и сравнительно большая скорость обез­ углероживания ванны при сравнительно небольшой толщине шла­ кового покрова в случае 5 обусловили эффективный отбор тепла на

усвоение боксита непосредственно.от металлической части ванны, в результате чего отношение А^пМ^т составило 100%.

Существенное влияние толщины шлакового покрова на охлаж­ дающий эффект присадки можно проследить в случаях 9, 10. При­ садку боксита вводили сразу же после скачивания шлака. Сравни­ тельно высокие скорости обезуглероживания и умеренные значения тепловых нагрузок обусловили значения Aqn/AqT, близкие к 100%.

208

Случай 11 характеризует условия, при которых в результате рас­ средоточенного ввода боксита можно, не снижая температуру ме­ таллической части ванны, греть ее. Благодаря большой толщине шлакового покрова (266 мм), сравнительно невысокой скорости обезуглероживания (при низкой температуре металла) и большому значению тепловой нагрузки (57 МВт) ванна после ввода боксита продолжала нагреваться.

Случай 12 показывает, что при больших величинах шлакового покрова (266 мм) и невысоких скоростях обезуглероживания (0,16% С/ч) при больших тепловых нагрузках (61 МВт) даже ра­ зовый ввод боксита может не вызвать большого охлаждения метал­ лической части ванны вследствие нагрева присадки в фазах факел— шлак.

Анализ процесса охлаждения ванны в случаях 13, 14 показы­ вает, что при соблюдении равенства теплофизических условий усвое­ ния присадки независимо от того, на каком расстоянии от места замера температуры и в какой последовательности вводят присадку, предложенная методика расчета дает практически одинаковые зна­ чения охлаждающих эффектов присадки (392 и 420 ккал/кг). Не­ значительная степень охлаждения сталеплавильной ванны в случае 15 обусловлена низкими значениями скорости обезуглероживания и температуры металла (значения остальных параметров, обуслов­ ливающих охлаждающий эффект присадок, такие же как в случаях

13, 14).

В табл. 27 представлены некоторые случаи охлаждения стале­ плавильной ванны присадками извести. Качественная сторона про­ цесса охлаждения ванны в зависимости его от основных теплотех­ нических параметров плавки аналогичны тем, которые уже были отмечены при анализе процесса охлаждения ванны окалиной и бок­ ситом. Последствия ввода присадки извести на температурное со­ стояние ванны имеют свои особенности.

Толщина шлакового покрова определяет охлаждающий эффект присадки (см. табл. 27, случаи 1—3). При относительном равенстве температур металла для анализируемых случаев наименьший охла­ ждающий эффект извести наблюдается при наибольшей толщине шлакового покрова в случае 3 (265 мм). Более высокие темпера­ тура металла и скорость обезуглероживания ванны в случае 1 при сравнительно небольшой толщине шлакового покрова обусловили наибольшее значение охлаждающего эффекта извести для сравни­ ваемых случаев.

Вследствие малой плотности известь нагревается, как правило, в фазах факел—шлак и усваивается в шлаковой фазе. При этом рассредоточенный ввод присадки даже при малых толщинах шла­ кового покрова, но больших значениях тепловой нагрузки, создает предпосылки для отбора тепла на нагрев присадки от факела и шлака (случаи 4 и 5). Поэтому после ввода извести ванна заметно не охлаждается и .продолжает нагреваться с определенной ско­ ростью.

При больших толщинах шлакового покрова и малых скоростях обезуглероживания ванны нагрев извести происходит в основном в фазах факел—шлак (случаи 6—8), даже если осуществляется ра­ зовый ввод присадки (случай 7). При этом высокие значения тепло­ вых нагрузок с учетом ранее указанных факторов обусловливают настолько эффективное поступление тепла на нагрев присадок от греющего факела и шлака, что снижения температуры ванны не происходит. При вводе извести замедляется лишь скорость нагрева ванны.

Интересно отметить, что в случае 5 в ванну ввели фактически известняк, который, разлагаясь, вызвал настолько интенсивное пе­ ремешивание шлака, увеличив приход тепла из рабочего простран­ ства печи в ванну, что скорость нагрева ванны после присадки из­ вестняка даже увеличилась (до ввода скорость нагрева металла была 0,75°С/мин, после ввода 1,15°С/мин). Рассмотренный случай является показательным при использовании известняка, после ввода присадки извести более характерным является замедление скорости нагрева ванны.

Например, в случае 6 скорость нагрева ванны до ввода присадки была 1,25° С/мин, после ввода 1,0° С/мин. Соответствующие значе­ ния скорости нагрева для случая 4 были: 1,0 и 0,71° С/мин. Для слу­ чая 7 значения скорости нагрева ванны до и после ввода присадки извести были 1,0 и 0,67° С/мин. В случае 8 снижения скорости на­ грева ванны после ввода присадки не произошло, скорость нагрева до ввода 1,44° С/мин, после ввода присадки 1,47° С/мин.

Висследованиях Неттера [232] также были отмечены случаи, когда в результате специально организованного рассредоточенного ввода извести ванна мартеновской печи не охлаждалась.

Как видно из табл. 25—27, утверждение о том, что охлаждающее действие извести равно охлаждающему действию руды или ока­ лины, лишено оснований [222, 233], поскольку при определенном ре­ жиме ввода извести ванна не только не охлаждается, но и продол­ жает нагреваться со скоростью, характерной для периода, предше­ ствующего вводу присадки (см. табл. 27, случаи 4—8), в то время как руда и окалина, как правило, существенно охлаждают ванну; причем доля тепла, отбираемого у металлической ванны на усвоение руды и окалины, может приближаться к 100% (см. табл. 24—26).

Врезультате промышленных исследований процесса охлажде­ ния ванны присадками и применением нашей методики установ­

лено, что доля тепла, отбираемого присадкой у металлической части ванны Aqn/AqT, как правило, <100% и, в крайнем случае, примерно равно 100%, т. е. предельному значению охлаждающего эффекта AqT. Это связано с тем, что в реальных условиях плавки присадка может нагреваться в трех фазах факел—шлак—металл и усваи­ ваться в двух фазах шлак-—металл.

Установлено также, что доля тепла, отбираемого присадкой у ме­ таллической части ванны, тем меньше, чем (по мере уменьшения влияния параметров) больше степень рассредоточения ввода при­

210

садки, меньше скорость обезуглероживания ванны, больше толщина шлакового покрова, больше тепловая нагрузка, меньше темпера­ тура металла.

Отмечая сложность и многообразие процесса усвоения присадок сталеплавильной ванной, укажем еще одну существенную причину методической ошибки, которую допускают исследователи при ана­ лизе производственных данных об охлаждающем действии при­ садок.

Введем понятие о коэффициенте температурной неоднородности сталеплавильной ванны /Ст.н

относительной погрешностью определения действительного сниже­ ния температуры ванны (охлаждающего эффекта присадки) в тех случаях, когда исследователи анализируют процесс охлаждения ванны без учета температурной неоднородности ванны и делают выводы об охлаждающем действии присадки только на основании значений Atx, n -

Как видно из анализа всех ранее рассмотренных случаев охлаж­ дения ванны присадками (см. табл. 23—27 и рис. 89—92) Кт. и, т. е. относительная погрешность определения охлаждающего эффекта присадки в зависимости от условий ввода присадки меняет не только величину, но и знак.

Определим Кт. н, например, для случаев ввода окалины в окна 5

и3 300-т печи (см. рис. 85).

Сучетом формулы (207) /Ст.н при вводе присадкц в окно 5 со­ ставит

Теперь понятна причина происхождения больших ошибок опре­ деления охлаждающего эффекта присадок в тех случаях, когда ис­ следователи [222] без учета температурной неоднородности ванны объединяют в одну группу экспериментальные данные о вводе при­ садок в разные окна печи.

На.основании изложенного проанализируем результаты исследо­ ваний [234], при проведении которых фиксировали массу присадки

и максимальное снижение температуры металла после ввода при­ садки (по кинематическим кривым изменения температуры металла в период доводки мартеновской плавки). Места ввода присадки и измерения температуры не принимали во внимание.

По результатам опытных измерений снижения температуры ме­ талла при усвоении присадок окислителя (руды, агломерата) уста­ новлено, что увеличение массы присадки ведет к неодинаковому увеличению снижения температуры металла в печах различной ем­ кости [234]:

560-т печь

Д4га“ =14,15£т.о + 0,4(г = 0,64);

400-т печь

окислителя, %;

гкоэффициент корреляции.

Из-за отсутствия учета других факторов, определяющих

(в том числе и температурной неоднородности), коэффициент кор­ реляции во всех случаях меньше единицы. Интересным является по­ вышение коэффициента корреляции по мере уменьшения емкости печи.

Учитывая, что связь между изучаемыми факторами более пра­ вильно отражает коэффициент корреляции в квадрате, а не в пер­ вой степени [235], определим по данным [234] величину г2 для печей различной емкости

меньше емкости печи. Это хорошо согласуется с физическими пред­ ставлениями, согласно которым, чем меньше емкость печи, тем более изотермичен объем металла (меньше температурная неодно­ родность ванны малой печи из-за меньших значений а и Км) и, сле­ довательно, отсутствие учета температурной неоднородности в мень­

шей степени сказалось на достоверности определения связи между д /max и л0 для малых печей.

Очевидно, чем больше емкость печи, тем более необходим учет температурной неоднородности металла при охлаждении его при­

остальные 59% изменчивости Д^™3 определяются действием других

212

неучтенных факторов (температурной неоднородностью, шлаковым режимом, барботажем ванны и т. д.).

Таким образом, проведенный анализ результатов исследований [234] еще раз показывает, что ошибка определения охлаждающего эффекта присадки по экспериментальным данным при отсутствии учета температурной неоднородности металла тем больше, чем больше емкость печи.

В заключение следует отметить, что второй этап решения задачи по априорному определению наиболее вероятного значения охлаж­ дающего эффекта присадки для печи определенной садки и уровня

интенсификации предполагает нахождение постоянных коэффици­ ентов корреляционной функции

использование которой в практике сталеварения позволит повысить технико-экономические показатели работы мартеновской печи.

Зная закономерности охлаждения ванны присадками, описывае­ мые равенством (208), можно проводить, например, согласованный режим нагрева ванны и ввода присадок для своевременного нагрева металла до заданной температуры. Как показали исследования, су­ ществуют экстремальные значения температур на выпуске (для каждой группы сталей), обеспечивающие минимальный процент брака первого передела (рис. 93) и наилучшую поверхность слит­ ков (рис. 94).

Наиболее удобным управляющим воздействием при согласова­ нии режима нагрева ванны и ее охлаждения при вводе присадки (особенно в конце плавки) следует признать степень рассредоточе­ ния ввода присадки.

213

СПИСОК Л ИТ Е Р А Т У Р Ы

№172091.— «Бюл. изобр. и тов. зн.», 1965, № 12.

15.Непрерывное измерение температуры в сталеплавильных агрегатах. Киев, Изд. Укр. НИИНТИ и ТЭИ, 1966. 92 с. с ил.

23.Е с и н О. А., Г е л ь д П. В. Физическая химия пирометаллургических про­ цессов. Ч. II. Свердловск—М., Металлургиздат, 1964. 607 с. с ил.

24.А и д р е е в И. А,— Труды ЦНИИ НКТП, 1945, № 2—3, с. 17—20 с ил.

214

215.

75.Б о р н а ц к и й И. И.— «Металлургическая и горнорудная промышленность», 1967, № 2, с. 34—40 с ил.

p.87.

216

90.В о с к о б о й н и к о в В. Г.— «Доменное производство». М., Металлургиздат, 1948 (ЦНИИЧМ. Сб. № 1), с. 57—61 с ил.

.217