Внепечная обработка стали

Гидродинамика ванны при продувке стали в ковше инертным газом

Решающее влияние на результаты продувки металла в ковше инертным газом оказывает гидродинамика жидкой ванны и интенсивность перемешивания. Прямое определение этих показателей в промышленных условиях не представляется возможным, так как жидкая сталь непрозрачна и имеет высокую температуру, что очень затрудняет проведение исследований. Поэтому характер движения жидкого металла в ковше, направления и скорости возникающих при этом потоков изучают с использованием математического и физического моделирования на холодных прозрачных моделях, принимая в качестве сталь моделирующей жидкости воду и вводя в нее в качестве трассеров (индикаторов) подцвечивающие примеси. При соблюдении геометрического и физического подобия, т.е. равенстве некоторых характеризующих движение металла критериев подобия для модели и реального образца (ковша с жидкой сталью) получают данные о гидродинамике жидкой ванны в ковше. Вследствие того, что обычно получить равенство всех соответствующих критериев в модели и в образце невозможно, моделирование лишь приближенно описывает действительное поведение металла в ковше. Все же, оно позволяет довольно надежно представить гидродинамику ванны при продувке жидкого металла в ковше.

1
Рис.  Схема движения жидкой стали в 250-т ковше при продувке через пористую пробку в центре днища (расход инертного газа 0,25 м3/(т·мин)); цифры над стрелками – скорость потока, м/с

Вероятное распределение векторов скоростей движения потоков жидкой стали в 250-т ковше при продувке металла инертным газом через пористую пробку, расположенную в центре днища, по данным физического моделирования, приведено на рис.

Как видно, наибольшая интенсивность движения имеет место по оси ковша над пористой пробкой. Над этим местом поднимается «султан» металла, с которого частично стекает шлак. В зависимости от интенсивности продувки и, соответственно, высоты подъема султана в этом месте шлак может покрывать металл более или менее тонкой пленкой или полностью стекать, оголяя сталь. Если в ковше окислительная атмосфера (например воздух), это вызывает вторичное окисление металла и может вызвать загрязнение стали оксидными включениями. Поэтому появление султана, не покрытого шлаком, недопустимо или требует создания восстановительной атмосферы.

К периферии ковша интенсивность движения металла уменьшается (см. рис), а в нижней части уже на небольшом удалении от оси ковша образуется застойная зона со слабым перемешиванием, что уменьшает эффективность продувки. Поэтому для интенсификации перемешивания в нижней части ковша, т.е. устранения застойной зоны, продувку желательно вести через несколько пористых пробок,  установленных по  окружности на расстоянии примерно половины радиуса от центра. При этом султаны металла над местом продувки при одинаковом общем расходе газа получаются меньше, чем при продувке через одну пробку.