Размещено на http://www.allbest.ru/

ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 669.184.125.046.58.001.76

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ НАНЕСЕННЯ ШЛАКОВОГО ГАРНІСАЖУ НА ФУТЕРІВКУ КОНВЕРТЕРА ТА КОНСТРУКЦІЙ ГАРНІСАЖНИХ ФУРМ

Спеціальність 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів"

ЧУБІНА ОЛЕНА АНАТОЛІЇВНА

Дніпродзержинськ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпродзержинському державному технічному університеті.

Науковий керівник:

Сігарьов Євген Миколайович, кандидат технічних наук, доцент, Дніпродзержинський державний технічний університет, доцент кафедри руднотермічних процесів.

Офіційні опоненти:

Бойченко Борис Михайлович, доктор технічних наук, професор, Національна металургійна академія України, завідувач кафедри металургії сталі;

Сущенко Андрій Вікторович, кандидат технічних наук, доцент, Приазовський державний технічний університет, доцент кафедри теплофізики та тепло-енергетики металургійного виробництва.

Захист відбудеться 12.01.2010 р. о 12-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.052.01 при Дніпродзержинському державному технічному університеті за адресою: 51918, Дніпропетровська обл., м. Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпродзержинського державного технічного університету за адресою: 51918, Дніпропетровська обл., м. Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2.

Автореферат розісланий 10.12. 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 09.052.01, кандидат технічних наук, доцент Г.Ю. Крячко.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Один із напрямків підвищення продуктивності киснево-конвертерного процесу - збільшення стійкості футерівки агрегатів. Сьогодні головними факторами, які забезпечують зростання показників стійкості периклазовуглецевої футерівки конвертерів, є застосування спеціальних магнезіальних флюсів для формування кінцевого шлаку з підвищеними гарнісажними властивостями, спосіб та конструкція фурми для нанесення шлакового гарнисажу на стіни агрегату.

Разом з тим, сировинна база металургійного комплексу України не дозволяє в повному обсязі реалізувати переваги гарнісажних технологій через відсутність магнезитової сировини для виробництва периклазовуглецевих вогнетривів і дефіцит магнезіальних шлакоутворюючих матеріалів для формування кінцевого шлаку з підвищеною концентрацією оксида магнію (8-14 %). За таких умовах є актуальним, з одного боку, проведення в нових напрямках теоретичних та експериментальних досліджень механізму явищ, що супроводжують формування шлакового гарнісажу на футерівці конвертера, а з іншого - практичне використання отриманих результатів для створення нових ресурсо- та енергозберігаючих технологій продовження стійкості футерівки конвертерів з використанням недифіцитных магнезіальних шлакоутворюючих матеріалів і спеціальних конструкцій гарнісажних фурм.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання роботи пов'язане з планами держбюджетних науково-дослідних робіт Дніпродзержинського державного технічного університету (ДДТУ), затвердженими Міністерством освіти і науки України, а також з договором (№ 01/2007 від 10.01.2007 р.) про співробітництво у сфері науки і освіти між ДДТУ та Сибірським державним індустріальним університетом (СибДІУ, м. Новокузнецьк, Росія). Базовою для підготовки дисертації є держбюджетна науково-дослідна робота "Розвиток теорії та розробка нової ресурсозберігаючої технології ремонту футерівки кисневих конвертерів" (номер держреєстрації 0107U000741), відповідальним виконавцем якої був автор.

Мета і завдання дослідження. На основі комплексу теоретичних і експериментальних досліджень гідрогазодинамічних та тепломасообмінних закономірностей нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера шляхом роздування шлаку і факельного торкретування розробити нові ресурсо- та енергозберігаючі технології продовження строку служби футерівки агрегатів та фурмені пристрої для їх реалізації відповідно до сировинних умов металургійної галузі України.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати наступні завдання:

- інженерне обґрунтування визначальних параметрів роздування конвертерного шлаку з метою нанесення шлакового гарнісажу на футерівку агрегату;

- виявлення, з використанням розроблених методик фізичного моделювання і чисельних розрахунків, фізико-хімічних, гідрогазодинамічних і тепломасообмінних закономірностей формування шлакового гарнісажу на футерівці конвертера при роздуванні шлаку через одноконтурні гарнісажні фурми з одно- та дворядним розташуванням сопел, а також при суміщенні операцій роздування шлаку і факельного торкретування з використанням звичайних та карбонатних торкрет-мас;

- розробка, дослідження та удосконалення ресурсо- та енергозберігаючих технологій продовження стійкості футерівки конвертерів з використанням запропонованих конструкцій гарнісажных фурм, що пристосовані виключно для нанесення шлакового гарнісажу, а також ремонту футерівки шляхом одночасного ошлакування і нанесення торкрет-покриття на футерівку конвертера;

- оцінка техніко-економічних і технологічних показників запропонованих технологій ремонту футерівки конвертерів із застосуванням розроблених конструкцій гарнісажних фурм.

Об'єкт дослідження. Технологічний процес нанесення шлакового гарнісажу на футерівку кисневого конвертера.

Предмет дослідження. Механізм, фізико-хімічні, гідрогазодинамічні і тепломасообмінні закономірності нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера за допомогою роздування шлаків та факельного торкретування, конструкції гарнісажних фурм, а також технологія гарячого ремонту футерівки агрегату.

Методика дослідження. У роботі використані розроблені методики фізичного й чисельного моделювання, які дозволяють, шляхом відбору, хімічного та фізичного аналізу проб металу й шлаків, виміру температури ванни, фіксації відеоз'йомкою макрофізичних явищ, розрахунків з використанням ПЕОМ, одержати достовірну інформацію щодо фізико-хімічних, гідрогазодинамічних і тепломасообмінних процесів, що протікають при нанесенні шлакового гарнісажу і торкрет-покриттів на футерівку конвертера.

Наукова новизна отриманих результатів. Проведений комплекс теоретичних і експериментальних досліджень дозволив вперше отримати достовірну інформацію про механізм, гідрогазодинамічні і тепломасообмінні процеси, що супроводжують нанесення шлакового гарнісажу і торкрет-покриття на футерівку конвертера з використанням нових технологічних способів і конструкцій фурмених пристроїв. Вперше:

- виконано інженерне обґрунтування визначальних параметрів технологічного режиму роздування конвертерного шлаку з метою ошлаковування футерівки агрегату;

- встановлені механізм і ефективні гідрогазодинамічні режими нанесення гарнісажу шляхом організації спрямованого бризковиносу шлаку, у тому числі з частинками вогнетривкого матеріалу, на поверхню футерівки конвертера за рахунок продування шлакової ванни різноспрямованими газовими і газопорошковими струменями;

- теоретично обґрунтована й експериментально підтверджена можливість одночасного ошлаковування і факельного торкретування футерівки конвертера з використанням дешевої торкрет-маси на основі необпалених магнезіальних шлакоутворюючих матеріалів;

- доведено, що ефективніше нанесення гарнісажу по всій висоті робочого простору конвертера досягається роздуванням шлаку двома групами газових струменів у режимі, коли центральною групою основних струменів, що направлені на шлакову ванну, формується відбитий від днища у бік стін конвертера газошлаковий потік, а периферійною групою додаткових струменів, які направлені угору, забезпечується відбиття бризок шлаку від стовбура фурми з направленням на верхні горизонти футерівки.

Вперше показано, що, на відміну від традиційного способу, формування шлакового гарнісажу з підвищеними вогнетривкими властивостями забезпечується шляхом:

- роздування шлакової ванни газопорошковими струменями в робочому режимі "пробою" стовпа останньої із спрямованим на футерівку бризковиносом шлаку, збагаченого порошкоподібним магнезіальним матеріалом, із меж відокремлених еліпсоподібних кратерів;

- суміщених або роздільних операцій роздування шлаку і факельного торкретування стін конвертера з вдуванням (впресуванням) у шлаковий гарнісаж вогнетривкої складової торкрет-маси.

Стосовно до запропонованої технології ремонту футерівки конвертерів вперше розроблено математичну модель процесу дисоціації сирих порошкоподібних магнезіальних матеріалів у торкрет-факелі і шляхом чисельного моделювання встановлено можливість використання невипалених магнезіальних флюсів у складі торкрет-маси та особливості поширення торкрет-факелів в робочому просторі конвертера.

З використанням даних фізичного моделювання і дослідно-промислових плавок дістало подальший розвиток математичне моделювання гідрогазодинамічних та тепломасопереносних процесів при ремонті футерівки конвертера шляхом нанесення шлакового гарнісажу і факельного торкретування.

Практичне значення отриманих результатів. Впроваджені у промислове виробництво нові, захищені патентами України (№№ 25475, 25657, 26280, 83445), ресурсо- та енергозберігаючі способи і фурмені пристрої для продовження стійкості футерівки конвертерів за допомогою нанесення шлакового гарнісажу і факельного торкретування дешевими торкрет-масами на основі невипалених магнезіальних шлакоутворюючих матеріалів. Отримані в роботі наукові результати використані для удосконалення технології гарячих ремонтів футерівки 160 й 350-т конвертерів ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" і ВАТ "ЗСМК" відповідно.

Розроблена та в дослідно-промисловому масштабі з позитивним ефектом перевірена технологія нанесення шлакового гарнісажу на футерівку 350-т конвертерів з використанням дворядної гарнісажної фурми, яка забезпечує покращення формування гарнісажу на верхніх горизонтах робочого простору конвертера та підвищення його експлуатаційних показників.

Розроблені технологічні рекомендації по сумісному нанесенню шлакового гарнісажу і факельному торкретуванню футерівки конвертера та нові конструкції гарнісажних фурм для їх реалізації впроваджені у промислову експлуатацію, що дозволило:

- підвищити стійкість футерівки 350-т агрегатів ВАТ "ЗСМК" з 2500 до 3260 плавок;

- при зниженні витрати торкрет-маси з 2,88 до 0,92 кг/т сталі забезпечити підвищення середньої стійкості футерівки 160-т конвертерів ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" на 750 плавок з досягненням максимальної стійкості в 3644 плавки.

Особистий внесок здобувача. Всі теоретичні і лабораторні експериментальні дослідження виконані при безпосередній участі автора спільно зі співробітниками кафедри руднотермічних процесів ДДТУ. Результати опубліковані у співавторстві з ними. Обробка даних досліджень і узагальнення результатів робіт проведені автором самостійно. Освоєння та впровадження на виробництві розроблених технологій нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертерів і конструкцій гарнісажних фурм здійснювалось за активною участю автора разом із співробітниками ДДТУ, СибДІУ та працівниками ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" і ВАТ "ЗСМК".

У списку наукових праць, наведеному в авторефераті, автором особисто: розроблено установку і методику фізичного моделювання різних варіантів нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера [3, 5, 7, 8]; виконано інженерне обґрунтування визначальних параметрів технології роздування конвертерного шлаку [3, 5]; досліджено, з використанням фізичного моделювання та чисельних розрахунків на ПЕОМ, гідрогазодинамічні і тепломасообмінні закономірності різних режимів ошлакування футерівки конвертерів шляхом спрямованого роздування шлакового розплаву газопорошковими струменями [8, 11] і азотом через фурми з одно- та дворядним розташуванням сопел [3, 5, 7, 8], а також технологія одночасного ошлакування футерівки агрегату і факельного торкретування [1, 2], у тому числі із застосуванням невипалених магнезіальних шлакоутворюючих матеріалів [5, 6, 9, 10]; обґрунтовано методику проектування та практичні аспекти розробки нових конструкцій гарнісажних фурм і технології нанесення шлакового гарнісажу та торкрет-покриття із їх використанням [7, 12-16].

Апробація результатів дисертації. Результати приведених в дисертації досліджень доповідалися на 8-му Конгресі сталеплавильників (м. Нижній Тагіл, Росія, 2004 р.), на XI, XII, XIII Міжнародних науково-технічних конференціях "Теорія і практика сталеплавильних процесів" (м. Дніпропетровськ, 2005, 2006, 2008 р.р.), на Х Ювілейній Міжнародній науково-методичній конференції "Проблеми математичного моделювання" (м. Дніпродзержинськ, 2006 р.), на III Міжнародній конференції "Стратегія якості в промисловості і освіті" (м. Варна, Болгарія, 2007 р.) та на наукових семінарах кафедри руднотермічних процесів ДДТУ.

Публікації. Загальна кількість публікацій по темі дисертації 20. Основні результати висвітлені у 16 роботах, з них 11 - статті в спеціалізованих наукових журналах, 1 - праці Міжнародного конгресу, 4 - патенти України.

Структура й об'єм роботи. Робота складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 150 найменувань, 3 додатків і містить 151 сторінку машинописного тексту, 60 рисунків, 21 таблицю. Загальний обсяг роботи - 238 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність, сформульовано мету та задачі досліджень, відображено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів з їх публікацією і апробацією, відзначено особистий внесок здобувача.

У першому розділі "Сучасний стан теорії і технології нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера та конструкцій гарнісажних фурм" на основі критичного аналізу відомої інформації, відповідно до сировинної бази металургійної галузі України, визначені основні напрями теоретичних і прикладних досліджень по розробці нових ресурсо- та енергозберігаючих технологій гарячого ремонту футерівки конвертерів шляхом нанесення шлакового гарнісажу і факельного торкретування дешевими торкрет-масами з використанням запропонованих конструкцій гарнісажних фурм.

У другому розділі "Установки і методики проведення досліджень по удосконаленню технології гарячого ремонту футерівки конвертерів нанесенням шлакового гарнісажу і факельного торкретування" з притягненням моделей взаємодії газових струменів з рідиною і положень теорії подібності виконано інженерне обґрунтування визначальних параметрів (рис. 1) для дослідження дуттьового режиму ошлакування футерівки конвертерів при багатоструминному газовому і газопорошковому роздуванні шлаку.

Поставлені задачі вирішували з використанням установки і методики фізичного моделювання (рис. 2, 3) на двох моделях лабораторних конвертерів із профілем робочого простору 350-т агрегатів ВАТ "ЗСМК" в масштабі 1:20 і 160-т ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" - 1:18.

Цільна плексигласова модель конвертера (рис. 2,б) призначалась для дослідження особливостей макрофізичних явищ, які супроводжують процес взаємодії багатоструминного газового і газопорошкового дуття з рідкою ванною, а також вишукування оптимальних варіантів організації реакційних зон спрямованого бризковиносу рідини на стіни агрегату. В якості рідини, яка моделює шлак, використався підфарбований крохмальний клейстер, а в якості азотного дуття - стиснуте повітря.

Рис. 1. Ідеальна схема роздування шлаку з метою нанесення шлакового гарнісажу.

Для продувки рідкої ванни використовували модельні фурми з різними наконечниками (рис. 4). Динамічну подібність в дуттьовому режимі моделі і зразка забезпечували шляхом дотримання рівності співвідношень:

(1)

де - імпульс газового або газопорошкового струменя, кг• м/с ²; n_л - кількість сопел Лаваля в наконечнику; m_ж - маса рідини, кг; g - прискорення сили тяжіння, м/с ²; d_кр - критичний діаметр сопла Лаваля, м.

Рис. 2. Схема установки фізичного моделювання (а), фотографії плексигласової (б) і металевої (в) моделей конвертерів: 1 - плексигласова модель конвертера; 2 - металева модель конвертера; 3 - вставне днище; 4,5 - рознімні конічна і циліндрична частини конвертера; 6 - нагрівальний пристрій; 7 - фурма; 8 - пристрій для кріплення і переміщення фурми; 9 - манометри; 10 - роторний флюсоживильник; 11 - ротаметри; 12 - вентилі; 13 - ресивер; 14 - компресор.

Для формування газопорошкових струменів використовували флюсоживильник роторного типу, який забезпечує подачу в потоці повітря диспергованого магнію або перманганату оксиду марганцю фракції 0,2-0,3 мм. Розбірна металева модель конвертера (рис. 1,в; 3) дозволяла, при нагріванні і продувці рідкого парафіну повітряними струменями, зберігати і вивчати геометрію і особливості намороженого на стінки і стовбур фурми гарнісажного шару. Процес роздування клейстеру і парафіну фіксувався цифровою відеокамерою у різних ракурсах. Після роздування парафіну і охолодження конвертера останній розбирався зі збереженням нанесеного гарнісажного шару (рис. 3). В подальшому здійснювали фотозйомку і заміри профілю робочого простору конвертера з оцінкою кількості (шляхом зважування) намороженого парафіну в циліндричній і верхній конусній частинах моделі, а також на стовбурі фурми.

Наведена загальна методика проведення дослідних плавок на промислових конвертерах з фізико-хімічним аналізом проб металу і шлаку, намороженого на футерівку конвертера і стовбур фурми шлакового гарнісажу, а також фіксацією відеокамерою картини роздування шлакового розплаву, зовнішнього вигляду футерівки і конструкцій гарнісажних фурм.

Рис. 3. Вигляд розібраної металевої моделі конвертера після роздування парафіну.

Рис. 4. Конструктивні параметри наконечників фурм з розмірами dн=16,3 мм и dв=9,2 мм: а) 4-х сопловий (dвх=3,1 мм, dкр=2,7 мм, dвых=3,4 мм, lд=1,1 мм, lз=5,5 мм, a=15°, d0=6мм); б) 5-ти сопловий (dвх=2,0 мм, dкр=1,7 мм, dвых=2,3 мм, lд=1,7 мм, lз=5,5 мм, a=15°, d0=8мм); в) 6-ти сопловий (dц=1,3 мм, lц=5,5 мм, a=15°, d0=8мм, а=6 мм, в=8 мм); г) 12-ти сопловий (dвх=2,0 мм, dкр=1,7 мм, dвых=2,3 мм, lд=1,7 мм, lз=5,5 мм, dц=3,5 мм, a=18°, j=14°, b=60°, d0=6мм).

У третьому розділі "Дослідження процесу нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера за допомогою роздування шлакової ванни" відображено результати: фізичного моделювання гідрогазодинамічних особливостей роздування шлакової ванни газовими і газопорошковими струменями при використанні спеціальних конструкцій гарнісажних фурм (рис. 4); чисельного моделювання гідрогазодинамічних і масопереносних процесів у порожнині конвертера при вищеназваних способах роздування шлаку.

З використанням установки (рис. 2) і різних наконечників (рис. 4) фурм на плексигласовій моделі конвертера встановлено два основних режими (рис. 5, 6) взаємодії газових і газопорошкових струменів з ванною крохмального клейстеру, глибина якої відповідає кількості шлаку, що залишається.

Згідно з першим режимом взаємодії (рис. 5,а) роздування шлаку реалізується при зануренні струменів на глибину, яка не перевищує глибину (h_ш) шлакової ванни, в той час як при другому режимі відбувається пробій струменями шару шлакового розплаву. Другий режим взаємодії багатоструминного газового (рис. 5) і газопорошкового (рис. 6) дуття з шлаковою ванною є основним в практиці роздування шлаку з метою нанесення шлакового гарнісажу. В даному випадку, в розглянутому діапазоні величини витрат газу на одне сопло (Q_г), висоти фурми над ванною (Н_ф) і кута нахилу сопел до вертикалі (б), пробій струменями стовпа розплаву супроводжується утворенням відбитих від днища зворотніх газових і газопорошкових потоків, які формують реакційну зону взаємодії з відокремлених або стичних еліпсоподібних кратерів. При цьому діаметр основи відокремленого кратеру на днищі конвертера (мал. 5, 6) практично співпадає з діаметром подаваємого похилого струменя на цьому рівні, а зворотній газовий або газопорошковий потік спричиняє переміщення по поверхні кратера в напрямку більшої осі хвиль з розвитком бризковиносу за механізмом підрізування гребінів з виникненням і зруйнуванням крупних сплесків. Зона максимального бризковиносу з відокремленого кратера зосереджена на стороні дії відбитого газового або газопорошкового потоку на шлаковий розплав, тобто у наближеному до стіни конвертера напівоб'ємі еліпсоподібного кратера. Доказом формування в реакційних зонах нової шлакопорошкової фази і нанесення на стіни конвертера бри- зок клейстеру з прониклими частинками порошку є зміна кольору (потемніння) рідини на границях кратерів з фіксацією порошкоподібних частинок у гарнісажі на стіні конвертера (рис. 6). З підвищенням тиску газопорошкового струменя на рідку ванну і з наближенням торця наконечника до поверхні останньої зростає інтенсивність спрямованого викиду краплин рідини, збагачених порошком, на верхні горизонти робочого простору конвертера.

Рис. 5. Схеми (а, б, в) і фотографії (г, д, е) взаємодії газових струменів зі шлаковою ванною при використанні 4-х соплового (а, б, г, д) и 12-ти соплового (в, е) наконечників: 1 - конвертер; 2 - фурма; 3 - шлакова ванна; 4 - основа еліпсоподібного кратера.

Рис. 6. Картина газопорошкового роздування крохмального клейстеру за першим (а) і другим (б) режимами та вигляд (в) нанесеного на стіни конвертера гарнісажу.

Газове роздування шлакової ванни з використанням 5-ти й 6-ти соплових наконечників (рис. 4) супроводжувалося утворенням більш розширенних зон спрямованого бризковиносу, в тому числі на цапфені зони, за умови підвищення витрати газу. Встановлено, що число сопел у наконечнику гарнісажної фурми повинно бути в суворій відповідності до розташування фурми над рівнем ванни при максимально можливій витраті газу на роздування шлаку. Найефективнішою конструкцією наконечника, з точки зору максимального нанесення шлакового гарнісажу на цапфені, найбільш зношувані зони футерівки конвертера, є 6-ти сопловий (рис. 4), на торці якого на два боки в напрямку цапф розташовано по три сопла, які мають кут в плані між собою такий, що забезпечує об'єднання зовнішніх границь кратерів.

Найсприятливий режим газового роздування крохмального клейстеру, з точки зору спрямованого бризковиносу на футерівку, значного зниження виносу бризок на стовбур фурми і з горловини конвертера, було досягнуто при використанні 12-ти соплових наконечників (рис. 4). У даному випадку за допомогою струменів, що формуються чотирма, розташованими під кутом до вертикалі, соплами Лаваля здійснювалося основне роздування шлаку з спрямованим на стіни бризковиносом із меж кратерів еліпсовидної форми, що стикуються зовнішніми границями, а за допомогою восьми додаткових струменів, утворених циліндричними соплами з кутом нахилу в, здійснювалося віддування краплин рідини від стовбура фурми з підйомом, розігненням та направленням їх на конічну частину футерівки конвертера.

Експерименти, проведені на другій моделі, дозволили підтвердити встановлені оптимальні режими при роздуванні парафіну з використанням запропонованих конструкцій наконечників (рис. 4). При перенесенні отриманих даних з моделі на 350-т конвертер ВАТ "ЗСМК" оптимальний діапазон зміни висоти фурми із штатним 4-х сопловим (рис. 4, а) і 12-ти сопловим, що пропонується (рис. 4, г), наконечниками становить 1,0-2,2 й 1,0-1,5 м, відповідно, при витраті азоту 700-900 і 1000-1100 м ³/хв.

Обробка даних фізичного моделювання показала, що:

- перехід від першого до другого режиму взаємодії багатоструминного газового дуття з шлаковою ванною описує рівняння:

; (2)

- при роздуванні шлаку за другим режимом взаємодії максимальний діаметр (рис. 1) окремої реакційної зони на поверхні шлаку () можна визначати за рівнянням:

, (3)

а загальний діаметр реакційної зони із співвідношення:

; (4)

- значення робочої висоти фурми над рівнем днища конвертера визначається за рівнянням:

, (5)

де - сумарний імпульс основних (о) газових струменів, що витікають з сопел Лаваля (л), кгм/с ²; - маса шлакового розплаву, кг; - густина шлаку, кг/м ³.

Більш інтенсивний бризковинос об'ємів шлаку на футерівку конвертера (рис. 1) забезпечується, коли загальний діаметр (Д_общ) утвореної реакційної зони при даній робочій висоті фурми () і інтенсивності подачі азоту на роздування шлаку () перевищує розмір внутрішнього діаметра горловини конвертера (Д_г).

При проектуванні гарнісажної фурми з дворядним розташуванням сопел в наконечнику (рис. 4, г) для роздування шлаку додаткове максимальне число циліндричних сопел, що направлені угору під кутом в до горізонталі, визначають із завданого перерозподілу азотних потоків з урахуванням створення газової завіси, яка відбиває на конусну частину конвертера шлакові бризки. Кут нахилу циліндричних сопел до горизонталі фурми (в) та відстань по стовбуру фурми між ярусами основних і додаткових сопел (Н_я) в оптимальному варіанті вибирають з розрахунком стикання верхніх границь газових струменів з горловиною конвертера (рис. 1).

Відповідно до умов роботи 350-т конвертерів ВАТ "ЗСМК" виконано чисельне моделювання гідрогазодинамічних процесів у порожнині конвертера за двома режимами роздування шлакової ванни газовими (рис. 7) і газопорошковими (рис. 8) струменями з метою нанесення шлакового гарнісажу.

Рис. 7. Розрахункова картина першого (а) та другого (б) режимів взаємодії газового струменя зі шлаковою ванною. Стрілки показують напрям руху газу (світле поле) й рідини (затемнюване поле).

Рис. 8. Розрахункова область (а), гідрогазодинамічна картина (б - г) , поля швидкості і розподілу відносних об'ємних концентрацій в порошкової фази (д - ж): 1 - конвертер; 2 - фурма; 3 - газопорошковий струмінь; 4 - шлакова ванна; 5 - шлакові бризки; 6,7 - ізоконцентрації шлакової фази (г) 0,1 і 0,02; 8,9,10 - ізоконцентрації в 0,001, 0,0001 і 0,00001 відповідно. Стрілки вказують напрам середньооб'ємної швидкості середовища (б-г) і швидкості порошку (д-ж).

Показана якісна адекватність розрахункових даних макрофізичним процесам, що встановлені під час фізичного моделювання (рис. 5 і 6), а також доцільність використання запропонованих методів розрахунків, які адекватно описують динаміку формування реакційних зон (кратерів) зі спрямованим бризковиносом шлаку, в тому числі збагаченого порошкоподібною фазою, на футерівку конвертера. Використані математичні моделі можуть служити основою для визначення товщини і форми шлакового гарнісажу, процесів теплопереносу і затвердіння шлаку на поверхні футерівки конвертера при роздуванні шлакового розплаву газовими і газопорошковими струменями.

У четвертому розділі "Дослідження технології нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера шляхом суміщення операцій роздування шлаку і факельного торкретування" представлені результати фізичного і чисельного моделювання гідрогазодинамічних і тепломасопереносних процесів під час ремонту футерівки агрегатів з використанням роздільних і суміщених технологій роздування шлаку і факельного нанесення торкрет-маси, в тому числі на основі необпалених (карбонатних) вогнетривких матеріалів.

В результаті проведеного фізичного моделювання з використанням установки (рис. 2) встановлено можливість практичної реалізації запропонованої технології (рис. 9) формування захисного гарнісажу на футерівці конвертера із застосуванням спеціальної гарнісажної торкрет-фурми. В даному випадку фурма була обладнана двома незалежними трактами подачі повітря до змінного 4-х соплового наконечника (d_ц = 3 мм, б = 20⁰) і повітряно-порошкової суміші до двох і чотирьох бокових сопел (d_ц = 3 мм), розташованих на стовбурі фурми в один або два яруси перпендикулярно вертикальній осі на відстані 80мм від торцевої частини.

Було встановлено, що за рахунок безпосередньої дії на шлакову ванну в режимі "пробою" похилих газових струменів за описаним вище механізмом здійснюється формування шлакового гарнісажу, в який відразу ж впресовуються частки порошкоподібного матеріалу, що подаються у спрямованих на стіни конвертера газопорошкових струменях, які витікають з бокових сопел торкрет-фурми.

Рис. 9. Схема ремонту футерівки конвертера з використанням фурми, яка суміщає операції раздування шлаку та факельного торкретування: 1 - конвертер; 2 - гарнісажна торкрет-фурма; 3- шлакова ванна; 4 - азотні струмені; 5-торкрет-факели.

Виконане чисельне моделювання гідрогазодинамічних і тепломасопереносних процесів у період факельного торкретування, якісно та адекватно описує досліджуваний процес. Стосовно умов гарячого ремонту футерівки 350-т конвертерів ВАТ "ЗСМК" шляхом чисельних розрахунків досліджено термогазодинамічні особливості торкретування футерівки конвертера з використанням запропонованої конструкції гарнісажної фурми (рис. 9), що забезпечує, в процесі 3-4-х хвилинного ошлакування футерівки конвертера факельне торкретування з витратою 0,8-1,0 т/хв дешевої торкрет-маси на основі карбонатних магнезіальних шлакоутворюючих матеріалів.

При цьому як важлива подавалася інформація щодо процесу дисоціації в торкрет-факелі карбонатів (доломітизованого вапна, сирих доломіту і магнезиту), який складається з трьох послідовних ланок: підведення тепла до зони реакції, хімічної реакції і відведення СО ₂, що виділився в зоні реакції.

Баланс між витратною масою карбонату і масою СО ₂, яка виділяється із нього за рахунок протікання хімічної реакції дисоціації, має вигляд:

, (6)

де щ_до - степінь дисоціації карбонату; к_v - константа об'ємної швидкості реакції, - степінь дисоціації карбонату на попередньому інтервалі часу ; , - рівноважна концентрація реакції дисоціації і концентрація навколо i-ї частинки карбонату; - густина карбонату.

Температура зразка карбонату Т для заданої розраховується за рівнянням:

, (7)

де б_пр - зведений коефіцієнт теплообміну; - густина СО₂; - кількість теплоти, що компенсує ендотермічну реакцію дисоціації.

Результати розрахунків (рис. 10) вказали на можливість заміни істотної частини обпаленої вогнетривкої складової торкрет-маси на пил доломітизованого вапняку, сирого доломіту і магнезиту. За реальний час знаходження частинки у факелі вона встигає нагрітися до середньої температури останнього.

Рис. 10. Кінетика дисоціації пилини карбонату (діаметр якої 0,0025 м) і зміна її температури за перебігом.

Досліджено закономірності розповсюдження торкрет-факелу, що містить карбонатні матеріали, у напрямку стін конвертера з виділенням зон: фізичного і теплового розширення пилогазового струменя, основної і пристіночної зони торкрет-факелу. При відомому розподілі витрати кисню і вуглецю по перерізу потоку на початку основної зони факелу, розподілу об'ємних витрат кисню і порошкоподібного матеріалу по перерізу торкрет-факела вдалося оцінити їх відхилення в пристіночному потоці і розсіяння на поверхні футерівки в залежності від маси частинок.

У п'ятому розділі "Розробка, дослідження і удосконалення ресурсо- та енергозберігаючих технологій гарячого ремонту футерівки конвертерів з використанням спеціальних гарнісажних фурм" представлені результати розробки, удосконалення і впровадження нових технологій нанесення шлакового гарнісажу і торкрет-покриття на футерівку 350-т конвертерів ВАТ "ЗСМК" і 160-т агрегатів ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" із застосуванням запропонованих конструкцій гарнісажних фурм.

На основі результатів фізичного моделювання відпрацьовано і впроваджено технологію нанесення шлакового гарнісажу на футерівку 350-т конвертерів з використанням дворядного 12-ти соплового зварного наконечника (рис. 11) водоохолоджуваної гарнісажної фурми з діаметром зовнішньої труби 325 мм.

Роздування кінцевого шлаку цією фурмою при витраті азоту крізь чотири основних сопла Лаваля (d_кр = 54 мм) 900-1200 м ³/хв та 100-150 м ³/хв крізь вісім додаткових циліндричних сопел (d_ц = 15 мм) дозволяє протягом 3-5 хв сформувати шлаковий гарнісаж, що перешкоджає значного зносу робочого шару периклазовуглецевої футерівки на більш високих горизонтах робочого простору конвертера.

Рис. 11. Конструкція 12-ти соплового зварного наконечника гарнісажної фурми ВАТ «ЗСМК»: 1 - сопла Лаваля; 2 - циліндричні сопла; 3,4,5 - внутрішня, роздільна і зовнішня труби.

Протягом дослідно-промислової кампанії плавок на 160-т конвертерах ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" доказана працездатність водоохолоджуваної гарнісажної фурми (рис. 12) з діаметром зовнішньої труби 219 мм, яка обладнана 12-ти сопловим суцільноточеним наконечником із дворядним розташуванням чотирьох сопел Лаваля (d_кр = 34 мм) і восьми циліндричних сопел (d_ц = 6 мм), що забезпечують подачу 380-430 м ³/хв азоту.

Рис. 12. Конструкція 12-ти соплового суцільноточеного наконечника гарнісажної фурми ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг": 1 - суцільноточений сопловий блок; 2 - сопла Лаваля; 3 - циліндричні сопла; 4 - проточки для проходу води.

Розроблено і освоєно нову технологію гарячого ремонту футерівки конвертерів з використанням гарнісажних фурм, які суміщають операції роздування шлаку і факельного торкретування.

В умовах роботи киснево-конвертерного цеху № 2 ВАТ "ЗСМК" впроваджена для проведення ремонту периклазовуглецевої футерівки 350-т конвертерів водоохолоджувана гарнісажна торкрет-фурма (рис. 13). В основу конструкції наконечника торкрет-фурми з діаметром зовнішньої труби 426 мм покладений блочний варіант розміщення різних по конструкції і призначенню сопел, який дозволяє істотно зменшити кількість зварних швів і спростити технологічні операції виготовлення самої фурми.

Роздування шлакового розплаву здійснюється азотними струменями, що формуються 4-ма соплами Лаваля (d_кр = 52 мм), які розміщенні під кутом 20⁰ до вертикалі в суцільноточеній сталевій водоохолоджуваній головці. Факельне торкретування бокової поверхні конвертера здійснюється шляхом організації 16-ти торкрет-факелів, що витікають з торкрет-сопел типу "труба в трубі", які розміщені у чотири яруси по висоті фурми в 4-х соплових блоках. При цьому осі сопел кожного наступного ярусу зміщені відносно один одного на 45⁰ з відстанню між ярусами 0,2 м. У кожному торкрет-соплі подача торкрет-маси здійснюється крізь циліндричне сопло діаметром 30 мм, а кисню крізь концентричне сопло шириною 4 мм. Фурма забезпечує витрату торкрет-маси до 1500 кг/хв при подачі кисню до 450-500 м ³/хв на горіння палива (коксу 20-30 % в магнезитовій або доломітовій торкрет-масі) і азоту 800-1200 м ³/хв на роздування шлаку. Витрата охолоджуваної води становить 300-350 м ³/год.

Завдяки застосуванню гарнісажної торкрет-фурми (рис. 13) забезпечено підвищення більшості технологічних і техніко-економічних показників конвертерної плавки, досягнута середня стійкість периклазовуглецевої футерівки 3260 плавок, що перевищує середньорічні показники (2720 плавок) при роботі за старою технологією.

З використанням результатів фізичного та чисельного моделювання процесів роздування шлаку і факельного торкретування розроблені і впроваджені в умовах роботи 160-т конвертерів ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" нова технологія ремонту футерівки і конструкція (рис. 14) газоохолоджуваної гарнісажної торкрет-фурми, які захищені патентами України №№ 25475, 25657, 26280, 83445. При цьому забезпечується сумісне (роздільне) нанесення шлакового гарнісажу і факельне торкретування периклазовуглецевої футерівки при роздуванні шлаку азотом з витратою 350-430 м ³/хв крізь два торцевих сопла Лаваля (d_кр = 54 мм) і подачі на стіни конвертера торкрет-маси (магнезітосланцевої та на основі необпаленого доломіту) з витратою 0,5-0,8 т на операцію в потоці стиснутого повітря з інтенсивністю 60-80 м ³/хв крізь десять циліндричних сопел діаметром 21,2 мм, які розміщенні в два однорядних по висоті яруси (по п'ять сопел у кожному ярусі).

Рис. 13. Конструкція (а) та фотографії (б) наконечника гарнісажної торкрет-фурми ВАТ "ЗСМК": 1 - головка з соплами Лаваля для роздування шлаку; 2 - соплові блоки; 3 - торкрет-сопла.

Рис. 14. Конструкція (а) та фотографії (б) наконечника гарнісажної торкрет-фурми ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг": 1 - труба подачі торкрет-маси у потоці воздуха; 2 - торкрет-сопла; 3 - труба подачі азота; 4 - сопла Лаваля; 5 - сальниковий компенсатор

Ресурсо- та енергозберігаючий ефект досягнуто за рахунок:

- підвищення середньої стійкості футерівки конвертерів на 750 плавок з досягненням максимальної стійкості в 3644 плавки;

- зниження витрат магнезітосланцевої торкрет-маси з 2,88 до 0,92 кг/т;

- заміни магнезітосланцевої торкрет-маси дешевшою на основі сирого доломіту й сланцю;

- виключення витрат води на охолодження гарнісажної фурми і технологічного кисню на операцію торкретування.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Виконано інженерне обґрунтування визначальних параметрів дуттьового режиму нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера при багатоструменевому роздуванні шлаку крізь звичайну фурму і з дворядним розташуванням різноспрямованих сопел в наконечнику.

2. Розроблено установку і методику фізичного низькотемпературного моделювання процесу нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера шляхом роздування шлакової ванни і факельного торкретування.

3. З використанням розробленої установки і методики фізичного моделювання вперше встановлено два режими взаємодії газових і газопорошкових струменів з рідкою ванною. Показано, що основним режимом в практиці роздування шлаку з метою нанесення гарнісажу на футерівку конвертера є такий, коли реалізується пробій струменями стовпа шлакового розплаву з утворенням відбитих від днища зворотніх газових і газопорошкових потоків, які формують відокремлені або стичні по зовнішнім границям кратера (реакційні зони) еліпсоподібної форми, з переміщенням по поверхні кратерів хвиль і розвитком спрямованого на стіни агрегату бризковиносу за моделлю підрізування гребнів хвиль.

4. Отримано кількісні залежності для оцінювання перехідних режимів взаємодії газових струменів зі шлаковим розплавом і параметрів утворених реакційних зон, які придатні до розробки звичайних і дворядних наконечників фурм для роздування шлаку за оптимальними дуттьовими режимами. шлак гарнісаж футерівка торкретування

5. Виконано чисельне моделювання гідрогазодинамічних і масопереносних процесів у порожнині конвертера при встановлених режимах роздування шлакової ванни газовими і газопорошковими струменями з метою нанесення гарнісажу і показана адекватність розрахункових даних макрофізичним процесам, що виявлені фізичним моделюванням.

6. З використанням фізичного і чисельного моделювання досліджено гідрогазодинамічні і тепломасопереносні особливості нової технології формування захисного гарнісажу на футерівці конвертера при використанні спеціальної гарнісажної фурми, яка виконує функції роздування шлаку і факельного торкретування дешевими торкрет-масами, що включають невипалений магнезіальний шлакоутворюючий матеріал.

7. Розроблена і освоєна нова технологія нанесення шлакового гарнісажу на футерівку 350-т конвертерів ВАТ "ЗСМК" з використанням водоохолоджуваної гарнісажної фурми з дворядним розташуванням 12-ти сопел в зварному наконечнику з роздуванням шлаку при витраті азоту 900-1200 м ³/хв з перерозподілом між двома групами різноспрямованих струменів (4-х вниз на шлакову ванну і 8-ми орієнтованих уверх на футерівку конічної частини агрегату), яка забезпечує ефективніше нанесення гарнісажу по всій висоті робочого простору конвертера.

8. На 160-т конвертерах ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" доказана працездатність водоохолоджуваної гарнісажної фурми з дворядним розташуванням 12-ти різноспрямованих сопел в суцільноточеному наконечнику, що забезпечує подачу 380-430 м ³/хвил азоту на роздування шлаку.

9. Розроблена і впроваджена в промислову експлуатацію на 350-т конвертерах ВАТ "ЗСМК" нова технологія гарячого ремонту футерівки із застосуванням запропонованої конструкції водоохолоджуваної 20-ти соплової гарнісажної фурми, яка забезпечує сумісне (роздільне) нанесення шлакового гарнісажу і факельне торкретування футерівки з витратою магнезитовуглецевої торкрет-маси до 1500 кг/хв при подачі кисню до 450-500 м ³/хв і азоту 800-1200 м ³/хв на роздування шлаку. Забезпечено підвищення більшості техніко-економічних показників плавки з досягненням рекордної для умов ККЦ № 2 стійкості футерівки 3260 плавок при зниженні витрати торкрет-маси.

10. Розроблена і впроваджена на всіх 6-ти 160-т конвертерах ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" зі значним ресурсо- та енергозберігаючим ефектом нова технологія гарячого ремонту футерівки із застосуванням газоохолоджуваної гарнісажної торкрет-фурми, яка забезпечує суміщення операцій роздування шлаку азотом з витратою 350-430 м ³/хв і подачу на стіни конвертера торкрет-маси (магнезітосланцевої та на основі невипаленого доломіту) з витратою до 0,8 т на операцію в потоці повітря з інтенсивністю 60-80 м ³/хв. Досягнуто підвищення середньої стійкості футерівки конвертерів на 750 плавок з досягненням максимальної стійкості в 3644 плавки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Математична модель процесів теплообміну при ремонті футерівки конвертера шляхом факельного торкретування / А.Г. Чернятевич, С.Є. Самохвалов, О.С. Самохвалов, О.А. Чубіна // Математичне моделювання. - 2003. - № 2. - С. 83-86.

2. Процессы теплообмена в условиях нанесения шлакового гарнисажа и факельного торкретирования футеровки конвертеров. Математическая модель / Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, В.В. Соколов, О.С. Самохвалов, Е.А. Чубина // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2004. - № 10. - С. 8-13.

3. Чернятевич А.Г. Гидрогазодинамические закономерности нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера / А.Г. Чернятевич, Е.Н. Сигарев, Е.А. Чубина // Металл и литье Украины. - 2005. - № 3-4. - С. 45-47.

4. Математична модель гідродинаміки процесу продувки шлакової ванни у порожнині конвертера / А.Г. Чернятевич, О.С. Самохвалов, Є.М. Сігарьов, О.А. Чубіна // Математичне моделювання. - 2005. - № 1. - С. 76-78.

5. Исследование процесса нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера с использованием фурм, приспособленных для раздувки шлака и факельного торкретирования / Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, В.В. Соколов, Е.А. Чубина // Труды восьмого конгресса сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, 18-22 октября 2004 г.). - М.: ОАО "Черметинформация", 2005. - С. 133-139.

6. Модель процесса диссоциации карбонатных огнеупорных материалов в торкрет-факеле / Е.Н. Сигарев, О.Л. Костелов, А.Г. Чернятевич, Е.А. Чубина // Металл и литье Украины. - 2005. - № 9-10. - С. 33-36.

7. Чернятевич А.Г. Инновационная технология формирования огнеупорного гарнисажа на футеровке конвертера / А.Г. Чернятевич, Е.Н. Сигарев, Е.А. Чубина // Збірник наукових праць Дніпродзержинского державного технічного університету (технічні науки). - Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2006. - С. 3-9.

8. Новое направление в совершенствовании технологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера / Р.Ф. Нугуманов, Е.В. Протопопов, Т.Р. Галиуллин, А.Г. Чернятевич, Е.А. Чубина // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2006. - № 12. - С. 7-12.

9. Сигарев Е.Н. Численное исследование термогазодинамических особен-ностей торкретирования футеровки конвертера / Е.Н. Сигарев, А.Г. Чернятевич, Е.А. Чубина // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2007. - № 2. - С. 17-24.

10. Термогазодинамика торкрет-факела в объеме кислородного конвертера / Е.Н. Сигарев, А.Г. Чернятевич, О.Л. Костелов, Е.А. Чубина // Теория и практика металлургии. - 2007. - № 4-5. - С. 26-31.

11. Математическая модель гидрогазодинамических и массопереносных процессов в полости конвертера при продувке шлакового расплава газопорошковыми струями / Т.Р. Галиуллин, Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, О.С. Самохвалов, Е.А. Чубина // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2007. - № 10. - С. 15-19.

12. Перспективные технологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера / Т.Р. Галиуллин, Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, Е.А. Чубина // Черная металлургия. Бюл. НТИ. - 2008. - № 12. - С. 55-57.

13. Пат. 25475 Україна, МПК С 21 С 5/44. Спосіб ремонту футерівки конвертера / А.Г. Чернятевич, Є.М. Сігарьов, І.В. Чернятевич, К.І Чубін, О.А. Чубіна, С.Л. Ващенко. - № 200703575; заявл. 02.04.00; опубл. 10.08.07, Бюл. № 12.

14. Пат. 25657 Україна, МПК С 21 С 5/44. Спосіб ремонту футерівки конвертера / А.Г. Чернятевич, Є.М. Сігарьов, К.І. Чубін, О.А. Чубіна. - № 200705334; заявл. 15.05.07; опубл. 10.08.07, Бюл. № 12.

15. Пат. 26280 Україна, МПК С 21 С 5/48. Спосіб ремонту футерівки конвертера / А.Г. Чернятевич, Є.М. Сігарьов, К.І. Чубін, О.А. Чубіна. - № 200705324; заявл. 15.05.07; опубл. 10.09.07, Бюл. № 14.

16. Пат. 83445 Україна, МПК С 21 С 5/44. Спосіб ремонту футерівки конвертера та торкрет - фурма для його здійснення / А.Г. Чернятевич, Є.М. Сігарьов, К.І. Чубін, О.А. Чубіна. - № 200705316; заявл. 15.05.07; опубл. 10.07.08, Бюл. № 13.

АНОТАЦІЯ

Чубіна О.А. Удосконалення технології нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера та конструкцій гарнісажних фурм. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів" - Дніпродзержинський державний технічний університет, м. Дніпродзержинськ, 2009.

Дисертація спрямована на удосконалення існуючих і розробку нових ресурсо- та енергозберігаючих технологій продовження терміну служби футерівки конвертерів і фурмених пристроїв для їх реалізації відповідно до сировинних умов металургійної галузі України.

З використанням сучасних методик фізичного та чисельного моделювання отримано нову достовірну інформацію про особливості механізму, гідрогазодинамічні та тепломасопереносні закономірності нанесення шлакового гарнісажу на футерівку конвертера за допомогою запропонованих конструкцій фурм, які пристосовані для роздування кінцевого шлаку азотними струменями і факельного торкретування.

Стосовно запропонованої технології ремонту футерівки конвертера шляхом роздування шлаку в комбінації з факельним торкретуванням дешевими торкрет-масами розроблено модель процесу дисоціації сирих порошкоподібних магнезіальних матеріалів в торкрет-факелі та встановлено особливості поширення торкрет-факелів в робочому просторі конвертера.

Розроблено та впроваджено в промислове виробництво на 160 і 350-т конвертерах ВАТ "АрселорМіттал Кривий Ріг" і ВАТ "ЗСМК" нові технології та конструкції гарнісажних фурм, які забезпечують, при використанні дешевої торкрет-маси, підвищення стійкості футерівки агрегатів та більшості технологічних і техніко-економічних показників киснево-конвертерної плавки.

Ключові слова: конвертер, стійкість футерівки, шлаковий гарнісаж, факельне торкретування, гарнісажна фурма, технологія, ресурсоенергозбереження.

АННОТАЦИЯ

Чубина Е.А. Совершенствование технологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера и конструкций гарнисажных фурм. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - "Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов" - Днепродзержинский государственный технический университет, г. Днепродзержинск, 2009.

Диссертация направлена на совершенствование существующих и разработку новых ресурсо- и энергосберегающих технологий продления срока службы футеровки конвертеров и фурменных устройств для их реализации применительно к сырьевым условиям металлургической отрасли Украины.

С использованием современных методик физического и численного моделирования получена новая достоверная информация об особенностях механизма, гидрогазодинамических и тепломассопереносных закономерностях нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера с помощью предложенных конструкций фурм, приспособленных для раздувки конечного шлака азотными струями и факельного торкретирования.

Применительно к предложенной технологии ремонта футеровки конвертера путем раздувки шлака в комбинации с факельным торкретированием дешевыми торкрет-массами разработана модель процесса диссоциации сырых порошкообразных магнезиальных материалов в торкрет-факеле и установлены особенности распространения торкрет-факелов в рабочем пространстве конвертера.

Разработаны и внедрены в промышленное производство на 160 и 350-т конвертерах ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог" и ОАО "ЗСМК" новые технологии и конструкции гарнисажных фурм, обеспечивающие при использовании дешевой торкрет-массы повышение стойкости футеровки агрегатов и большинства технологических и технико-экономических показателей кислородно-конвертерной плавки.

Ключевые слова: конвертер, стойкость футеровки, шлаковый гарнисаж, факельное торкретирование, гарнисажная фурма, технология, ресурсоэнергосбережение.

SUMMARY

Chubina E.A. The technology improvement of slag scull coating on the converter lining and the construction of scull lances. - Manuscript.

Thesis for a candidate degree in technical sciences, specialty 05.16.02 - "Metallurgy of ferrous and nonferrous metals and special alloys" - Dneprodzerzhinsky State Technical University, Dniprodzerzhinsk, 2009.

The thesis is aimed at improving the existing and the development of new resource- and energy- saving technologies of the extension of life time of the converter lining and lance devices for their operation in relation to the raw materials terms of the Ukrainian metallurgical industry.

Using modern methods of physical and numerical modeling we have obtained a new credible information about the mechanism peculiarities, hydro and gas dynamical and heat- and mass- transportable regularities of slag scull coating on the converter lining with the help of proposed lance design, which are adapted to blowing of final slag by nitrogen jets and flare torkret filling.

Concerning the proposed repair technology of converter lining by slag blowing in combination with a flare torkret filling of cheap gunite lining the model of dissociation of raw powdery and magnesia materials in torkret-torch has been worked out as well as the peculiarities of torkret-torch spreading in the working space of the converter have been stated.

...