Конвертерное производство

Аэродинамика кислородной струи

При продувке металлической ванны кислородом происходит взаимодействие кислородной струи с жидким металлом. Существенное влияние на это взаимодействие оказывает режим продувки. Под действием инерционных сил струя, достигнув поверхности, внедряется в металл, образуя в нем полость (кратер) – реакционную зону, размеры и характер которой определяется аэродинамикой струи.

Высокая скорость газовой струй достигается при использовании сопел – коротких насадок постоянного или переменного сечения. Кислород подают через водоохлаждаемую фурму, имеющую одно или несколько сопел. Для активного взаимодействия кислорода с расплавом срез сопла (сопел) помещают на некотором расстоянии от поверхности с учетом влияния этого расстояния на технологические параметры процесса плавки. С учетом необходимости придания кислородной струе определенной кинетической энергии избыточное (по сравнению с атмосферным) давление кислорода перед соплом при продувке сверху составляет 1–1,5 МПа.

Для получения сверхзвуковой скорости и максимального превращения потенциальной энергии газовой струи в кинетическую применяют сопло Лаваля . В таком сопле до критического сечения  движение струи подобно движению в цилиндрическом или конически сходящемся сопле. В критическом сечении оно достигает скорости звука. За критическим сечением газовый поток расширяется, но в сопле Лаваля это расширение имеет упорядоченный характер благодаря раскрывающейся закритической части сопла, имеющей определенную длину . Потери энергии при этом минимальны, поток на выходе из сопла без пульсаций, однородный и направлен по оси струи. Коэффициент скорости, учитывающий влияние трения и отклонение от адиабатического процесса.