TY - JOUR

T1 - Исследование физических явлений в барботажной зоне плавильного агрегата «Победа» методом холодного моделирования Сообщение 2. Гидрогазодинамика продувки жидкости газом с помощью донной фурмы в защитной газовой оболочке

AU - Булатов, Константин Валерьевич

AU - Жуков, Владимир Петрович

AU - Братыгин, Евгений Владимирович

AU - Томилов, Н. А.

AU - Меньшиков, В. А.

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Выполнено холодное моделирование гидрогазодинамики барботируемой жидкой ванны плавильного агрегата «Победа» (ПАП) с использованием донной фурмы в защитной газовой оболочке. Показано, что внедрение газа в жидкость при величине критерия Архимеда Ar = 5÷60 протекает в пульсационном режиме. Исследована область взаимодействия газа с жидкостью при Ar = idem для раздельного и совместного истечения воздуха через кольцевое и круглое сопла. При всех рассматриваемых значениях Ar в жидкости образуется двухфазная зона, состоящая из «ножки» различной геометрической формы, каверны и газожидкостного слоя над поверхностью ванны. Выявлены наиболее характерные особенности формирования зоны продувки, геометрии факела и его структуры в зависимости от условий ввода дутья и значений Ar. Обнаружено, что при интенсивной продувке через центр фурмы и кольцевой зазор в структуре каверны преобладает эжектированная жидкость, доля которой возрастает при увеличении расхода газа в оболочке, а вблизи среза сопла «ножка» состоит из газовой фазы. Сформулировано предположение, что наличие в окислительной струе дополнительного количества сульфидного расплава обеспечивает более полное разрушение магнетита в объеме ванны и образование защитного гарнисажа в непосредственной близости от сопла. Проведена количественная оценка размеров наиболее характерных геометрических участков факела, свидетельствующая о периодическом и экстремальном характере распространения струи в жидкости. Получены эмпирические уравнения взаимосвязи максимальных продольных и поперечных размеров «ножки» с динамическими условиями ввода дутья в оболочку (Arоб) и центральную трубу (Arц) для двух областей значений Ar: Arоб ≥ Arц и Arоб ≤ Arц. Установлено, что ввод дутья в оболочку повышает скорость расширения «ножки» на срезе сопла до 137 мм/с. Определена зависимость средней высоты ( H ср, м) подъема брызг над спокойной поверхностью ванны, которая в интервалах 25 ≥ Arоб ≥ 5 и 60 ≥ Arц ≥ 12 имеет вид H ср = 0,027(Arоб + Arц)0,27. По уравнению Шлихтинга рассчитана величина максимального удаления от среза сопла, когда сохраняется совместное осевое движение в жидкости кольцевой и круглой струй с равными скоростями. Предполагается, что защитный эффект работы донной фурмы с оболочкой проявляется в зоне фурменного пояса на расстоянии 7-10 см от среза сопел. Отмечено, что каверна после отрыва от сопла перемещается вниз по вертикали, а встречный поток жидкости, набегая на лобовую часть каверны, движется в противоположном направлении, обтекая поверхность раздела фаз с соизмеримой скоростью. На основании более интенсивного изменения поперечного размера зоны взаимодействия в области сопел и заметного бокового движения жидкости рекомендовано принятие соответствующих мер по снижению эрозивного воздействия расплава в зоне фурменного пояса ПАП в начальном участке развития струи.

AB - Выполнено холодное моделирование гидрогазодинамики барботируемой жидкой ванны плавильного агрегата «Победа» (ПАП) с использованием донной фурмы в защитной газовой оболочке. Показано, что внедрение газа в жидкость при величине критерия Архимеда Ar = 5÷60 протекает в пульсационном режиме. Исследована область взаимодействия газа с жидкостью при Ar = idem для раздельного и совместного истечения воздуха через кольцевое и круглое сопла. При всех рассматриваемых значениях Ar в жидкости образуется двухфазная зона, состоящая из «ножки» различной геометрической формы, каверны и газожидкостного слоя над поверхностью ванны. Выявлены наиболее характерные особенности формирования зоны продувки, геометрии факела и его структуры в зависимости от условий ввода дутья и значений Ar. Обнаружено, что при интенсивной продувке через центр фурмы и кольцевой зазор в структуре каверны преобладает эжектированная жидкость, доля которой возрастает при увеличении расхода газа в оболочке, а вблизи среза сопла «ножка» состоит из газовой фазы. Сформулировано предположение, что наличие в окислительной струе дополнительного количества сульфидного расплава обеспечивает более полное разрушение магнетита в объеме ванны и образование защитного гарнисажа в непосредственной близости от сопла. Проведена количественная оценка размеров наиболее характерных геометрических участков факела, свидетельствующая о периодическом и экстремальном характере распространения струи в жидкости. Получены эмпирические уравнения взаимосвязи максимальных продольных и поперечных размеров «ножки» с динамическими условиями ввода дутья в оболочку (Arоб) и центральную трубу (Arц) для двух областей значений Ar: Arоб ≥ Arц и Arоб ≤ Arц. Установлено, что ввод дутья в оболочку повышает скорость расширения «ножки» на срезе сопла до 137 мм/с. Определена зависимость средней высоты ( H ср, м) подъема брызг над спокойной поверхностью ванны, которая в интервалах 25 ≥ Arоб ≥ 5 и 60 ≥ Arц ≥ 12 имеет вид H ср = 0,027(Arоб + Arц)0,27. По уравнению Шлихтинга рассчитана величина максимального удаления от среза сопла, когда сохраняется совместное осевое движение в жидкости кольцевой и круглой струй с равными скоростями. Предполагается, что защитный эффект работы донной фурмы с оболочкой проявляется в зоне фурменного пояса на расстоянии 7-10 см от среза сопел. Отмечено, что каверна после отрыва от сопла перемещается вниз по вертикали, а встречный поток жидкости, набегая на лобовую часть каверны, движется в противоположном направлении, обтекая поверхность раздела фаз с соизмеримой скоростью. На основании более интенсивного изменения поперечного размера зоны взаимодействия в области сопел и заметного бокового движения жидкости рекомендовано принятие соответствующих мер по снижению эрозивного воздействия расплава в зоне фурменного пояса ПАП в начальном участке развития струи.

UR - https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48024962

U2 - 10.17073/0021-3438-2022-1-4-14

DO - 10.17073/0021-3438-2022-1-4-14

M3 - Статья

VL - 28

SP - 4

EP - 14

JO - Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия

JF - Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия

SN - 0021-3438

IS - 1

ER -