ИСПАРЕНИЕ И ОКИСЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КИСЛОРОДА

В мировой практике в настоящее время основное количество стали вып­лавляют в агрегатах, в которых роль окислителя выполняет кислород. Тем­пература в зоне воздействия на металл струи кислорода составляет, по данным различных исследователей, 2200— 2800 °С. Воздействие на металличес­кую ванну струй кислорода сопровож­дается обильным выделением пла­вильной пыли, состоящей в основном из оксидов железа. Пыль эта имеет бу­рый цвет, поэтому выделяющиеся при продувке ванны кислородом образова­ния обычно называют б у р ы м д ы м о м. В связи с трудностями экспери­ментирования (высокие температуры, высокие скорости движения газов и т. п.) законченной теории, описываю­щей характер и интенсивность образо­вания бурого дыма, до настоящего вре­мени еще нет. Однако установлен ряд общих закономерностей. Содержание плавильной пыли в выделяющихся при продувке металла газах колеблет­ся в зависимости от условий продувки в широких пределах, достигая 50— 100 г/м³ и даже выше. Принято считать, что процесс образования бурого дыма происходит в две стадии: испаре­ние железа в зоне продувки (мгновен­ная теоретическая температура на по­верхности окисляющегося металла ~ 4000 °С) и последующее окисление испарившегося железа кислородом га­зовой фазы. Интенсивность испарения определяется соотношением скоростей массообмена (скорости подвода кисло­рода к поверхности) и теплообмена (скорости отвода тепла с поверхности в глубь металла).

Установлено, что количество выносимой из зоны реакции пыли зависит от содержания в металле углерода и от интенсивности его окисления: чем выше скорость окисления углерода, тем больше образуется бурого дыма. Возможной причиной этого является эффект окисления в окислительной атмосфере остатков тонкой металли­ческой пленки, окружающей пузырь СО, который выделяется из ванны при ее кипении.

Существуют также косвенные дан­ные, свидетельствующие о том, что количество пыли возрастает вслед­ствие образования брызг при кипении металла и окисления этих брызг кис­лородом в зоне продувки. При темпе­ратуре ~ 2000 °С значения парциаль­ных давлений пара железа и FeO близ­ки (рис. 11.21); возможно, что наряду с железом испаряются и его оксиды.

На процессы образования бурого дыма в значительной степени влияет вязкость металла и шлака. В зоне про­дувки происходит интенсивное пере­мешивание. Чем интенсивнее перемешивание,

Рис. 11.21. Зависимость парциального дав­ления паров железа и его оксидов от темпе­ратуры

тем интенсивнее протекает конвективный перенос тепла, тем со­ответственно меньше перегрев металла на поверхности металл—кислород. Чем выше вязкость, тем хуже переме­шивание в зоне продувки, тем ниже скорость отвода тепла с поверхности и тем сильнее дымообразование.

Угар металла при продувке кис­лородом может превышать 2 % от массы металла. Кроме того, прихо­дится сооружать дорогостоящие уст­ройства для улавливания образую­щейся пыли. Витающая над ванной пыль оказывает определенное (обыч­но отрицательное) воздействие на ог­неупоры. Плавильная пыль в рабочем пространстве влияет также на опти­ческие характеристики атмосферы аг­регата. В зависимости от условий продувки размеры частиц пыли изме­няются в широких пределах (1— 200 мкм). На унос пыли в значитель­ной степени влияют условия продув­ки. Испарившиеся в зоне . высоких температур частицы могут конденси­роваться в зонах менее высоких тем­ператур. Например, при погружении продувочного устройства в глубь ван­ны более крупные частицы пыли, проходя сквозь более холодные слои металла и шлака, конденсируются и остаются в ванне (изменяя соответ­ственно состав металла и шлака). Мельчайшие частицы, витающие в пузыре газа, уходят вместе с газами из ванны. Крупные частицы оседают также и на футеровке агрегата.

Целесообразно различать понятия:

1) пылеобразование — количество пыли, выделяющейся из ванны в еди­ницу времени; часть этой пыли воз­вращается в ванну, часть оседает на кладке, часть уносится потоком газов;

2) пылеунос — количество пыли, уно­симой из агрегата в единицу времени; 3)запыленность — концентрация пыли в отходящих газах.

Для уменьшения пылеобразования и соответственно снижения угара металла и улучшения условий труда проводят следующие мероприятия: 1) охлаждают зону продувки, вводя с газообразным кислородом охладите­ли (водяной пар, порошкообразные шлакообразующие материалы, пыле­видную железную руду); 2) исключают возможность брызгообразования, используя многосопловые фурмы с рассредоточенной подачей дутья; 3) продувочные устройства вводят в глубь ванны и др.