ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИЧНИХ ХАРАКТРИСТИК СТРУМЕНІВ, ЩО ВИТІКАЮТЬ ІЗ СОПЕЛ КОГЕРЕНТНОГО ТИПУ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-2884.41.2022.2Ключові слова:
кисневий конвертер, верхня продувка, сопла когерентного типу, конструкція сопла, сила дії струменяАнотація
Основним керуючим фактором у кисневому конвертуванні із верхньою продувкою є струмінь кисню, що занурюється у металеву ванну та сприяє протіканню тепло-масообмінних та хімічних процесів. Притаманні струменю кисню характеристики створює наконечник фурми із соплами, які можуть відрізнятися за конструкцією залежно від задач, що вони вирішують.
У електрометалургійній галузі задля забезпечення глибокого проникнення струменя кисню у розплав та покращення процесів перемішування ванни використовують когерентні сопла, що складаються із центрального сопла для подачі основного кисневого струменя та навколишнього кільцевого сопла для подачі захисного газу, переважно метану. Така конструкція сопла, згідно наявним опублікованим даним, забезпечує подовження основного струменя із збереженням його імпульсу.
У роботі наведені результати дослідження за допомогою модифікованого рідинного манометра особливостей дії струменів, що витікають із сопел когерентного типу різної конструкції (співвідношення зовнішньої та центральної частин 25, 50 та 75 %) в умовах продувки, що відповідають умовам продувки зверху при кисневому конвертуванні. Проведене дослідження дозволило встановити, що при частці периферійної частини більше 50 % основною керуючою ланкою струменя є центральне сопло, а при меншій частці — периферійна щілинна частина. Струмені, що витікають із сопел когерентного типу із часткою периферійної частини більше 50 %, мають більшу силу дії на рідину у порівнянні із силою дії відповідного центрального сопла, на величину від 33 до 74 % відносно. Конструкція сопел із часткою периферійної частини порядку 25 % практично не створює умов для покращення силових характеристик струменю.
За результатами встановлених висновків можливо рекомендувати використання сопел когерентного типу із часткою периферійної частини більше 50 % як сопел, наприклад, другого ряду верхній продувних фурм, що чинять шлакоутворюючий вплив, сприяючи кращому проникненню у розплав у порівнянні із відповідними циліндричними, які інтенсифікуватимуть процеси перемішування та формування шлаку у ванні.
Посилання
Протопопов Е.В., Корвякова М.Н., Чернятевич А.Г., Фейлер С.В. Разработка и оптимизация конструкции головок четырехсопловых кислородных фурм для большегрузных конвертров, работающих в условиях передува. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2013. № 4 (6). С. 3–7.
Optimized Scheme for Accelerating the Slagging Reaction and Slag–Metal–Gas Emulsification in a Basic Oxygen Furnace / Zichao Yin, Jianfei Lu, Lin Li, Tong Wang and others// Appl. Sci. -2020. Vol. 10. P. 5101–5019.
Шибко А. В., Пищида В. И., Онацкий С. М. и др. Эволюция дутьевых устройств кислородного конвертера верхнего дуття. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2012. № 6. С. 7–9.
Сущенко А.В. Совершенствование и оптимизация дутьевых режимов и устройств кислородных конвертеров. Вісник Приазовського державного технічного університету. 2009. № 19. С. 36–41.
Величко А. Г., Чернятевич А. Г., Сущенко А. В., Чернятевич И. В. Рациональные конструкции многосопловых наконечников для кислородно-конвертерных фурм. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2012. № 7. С. 49–52.
Modelling on the penetration depth of the coherent supersonic jet in EAF steelmaking/ G.S.Wei, R. Zhu, T. Cheng, K. Dong, R.Z. Liu// Ironmak. Steelmak. 2018. Vol. 45. P. 828–838.
Physical Modelling of Splashing Triggered by the Gas Jet of an Oxygen Lance in a Converter/ B. Zhang, K.Chen,R.F. Wang, C.J. Liu, M.F. Jiang //Metals. 2019. Vol. 9. P. 409.
Modelling shrouded supersonic jets in metallurgical reactor vessels/ A.R.N.Meidani, M.Isac, A. Richardson//ISIJ Int. 2004. Vol. 44. P. 1639–1645.
Effect of shrouding Mach number and ambient temperature on the flow field of coherent jet with shrouding Laval nozzle structure/ Fuhai Liu, Dongbai Sun, Rong Zhu & Shaoyan Hu// Canadian Metallurgical Quarterly. 2018. Vol. 58. iss. 12. P. 96–106.
Computational fluid dynamics modeling of supersonic coherent jets for elec- tric arc furnace steelmaking process/ M.Alam, J. Naser, G. Brooks, et al.// Metall. Mater. Trans. B. 2010. Vol. 41. P. 1354–1367.
Numerical simulation of a supersonic oxygen lance for industrial application in EAFs/ E.Malfa, C.Giavani, F. Memoli, // MPT Int. 2005. Vol. 28. P. 44–50.
A mathematical model of an impinging air jet on a water surface/ M.Ersson, A. Tilliander, L.Jonsson// ISIJ Int. 2008. Vol. 48. P. 377–384.
Characteristics of the Supersonic Combustion Coherent Jet for Electric Arc Furnace Steelmaking / Fei Zhao, Rong Zhu and Wenrui Wang // Materials. 2019 . Vol.12. P. 3504–3518.
Investigation on coherent jet potential core length in an electric arc furnace/G.W. Tang, Y.Chen, A.K. Silaen // Steel Res. Int. 2018. Vol. 90. P. 1504–1516.
Мордасов М.М., Савенков А.П. Исследование силового воздействия струи газа на поверхность жидкости. Журнал технической физики. 2012. том 82. вып. 3. C. 37–45.
Protopopov, Ye.V. Korvakova, М.N. Cherniatevich, А.G. Feiler, S.V. (2013)Razrabotka i optimizaciia konstrukcii golovok chetyreh soplovyh kislorodnyh furm dlia bilshegruznyh konverterov, rabotaushchih v usloviah pereduva [Development and optimization of the design of heads of four-nozzle oxygen lances for heavy-duty converters operating under overblowing conditions]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrialnogo universiteta-Bulletin of the Siberian State Industrial University, 4 (6),(3–7) [in Russian].
Yin, Zichao. Lu,Jianfei. Li,Lin. Wang, Tong and others (2020) OptimizedSchemeforAcceleratingtheSlaggingReactionandSlag–Metal–GasEmulsification in a Basic Oxygen Furnace.Application Science, 10, (5101–5019).
Shibko, А. V. Pishchida, V.I.Onatskiy,S. М. and others (2012)Evolutsiia dutevyh ustroystv kislorodnogo konvertera verhnego dutia [Evolution of blast devices of the top-blown oxygen converter].Metallurgicheskaiaigornorudnaiapromyshlennost - Metallurgical and mining industry, 6, (7–9). [in Russian].
Sushenko, А.V. (2009) SoversenstvovaniieioptimizaciiadutevyhrezhimovIustroistvkislo-rodnyhkonverterov [Improvement and optimization of blast modes and oxygen converter devices]. Visnyk Pryazovskogo derzhavnogo tehnichnogo universytetu - Bulletin of the Azov State Technical University, 19, (36–41). [in Russian].
Velichko, A.G. Cherniatevych, А. G. Sushenko, A.V. Cherniatevych, I.V. (2012)
Racionalnyekonstrukciimnogosoplovyhnakonechnikovdliakislorodnyhkonverternyhfurm [Rational designs of multi-nozzle tips for BOF lances].Metallurgicheskaiaigornorudnaiapromyshlennost - Metallurgical and mining industry, 7,(49-52). [in Russian].
Wei, G.S.Zhu, R. Cheng, T. Dong, K. Liu,R.Z. (2018) Modelling on the penetration depth of the coherent supersonic jet in EAF steelmaking.Ironmaking and Steelmaking,45, (828–838)
Physical Modelling of Splashing Triggered by the Gas Jet of an Oxygen Lance in a Converter/B. Zhang,K.Chen,R.F. Wang, C.J. Liu, M.F. Jiang //Metals. 2019. Vol. 9. P. 409.
Meidani, A.R.N. Isac, M. Richardson, A. (2004) Modelling shrouded supersonic jets in metallurgical reactor vessels. ISIJ International, 44, (1639–1645).
Liu, Fuhai Sun, Dongbai, Zhu, Rong & Hu, Shaoyan (2018) Effect of shrouding Mach number and ambient temperature on the flow field of coherent jet with shrouding Laval nozzle structure. Canadian Metallurgical Quarterly, 58(12), (96-106).
Alam, M. Naser, J. Brooks, G. et al. (2010) Computational fluid dynamics modeling of supersonic coherent jets for elec- tric arc furnace steelmaking process.Metallurgical Material Transaction B, 41, (1354–1367).
Malfa, E. Giavani, C. Memoli,F. (2005) Numerical simulation of a supersonic oxygen lance for industrial application in EAFs. MPT International, 28, (44–50).
Ersson, M. Tilliander, A. Jonsson,L. (2008) A mathematical model of an impinging air jet on a water surface. ISIJ International, 48, (377–384).
Zhao, Fei Zhu, Rong and Wang, Wenrui (2019) Characteristics of the Supersonic Combustion Coherent Jet for Electric Arc Furnace Steelmaking.Materials, 12, (3504–3518).
Tang, G.W. Chen, Y. Silaen,A.K. (2018) Investigation on coherent jet potential core length in an electric arc furnace. Steel Research International, 90, (1504–1516).
Mordasov, М.М. Savenkov, A.P. (2012) Issledovaniesilovogovozdejstviiastruigazanapoverhnostzhidkosti [Investigation of the Force Effect of a Gas Jet on a Liquid Surface].Zhurnal tehnicheskoy fiziki - Journal of Technical Physics, 82 (3), (37–45)[in Russian].
