Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Эти процессы происходят в конвертерах, в фьюминговых и рафинировочных печах. Воздух или газ в ванну, наполненную расплавами, подается различными способами, показанными на рис. 11.
При погруженном дутье струя газа или воздуха истекает прямо в жидкий расплав, плотность которого в несколько тысяч раз выше плотности воздуха. На очень малом расстоянии от входа струя воздуха быстро теряет свои очертания, воздух перемешивается с жидкостью, образуя газо-жидкостную пенообразную аэросмесь, включающую в себя мелкие пузырьки воздуха. Эта аэросмесь под действием архимедовых сил всплывания в форме постепенно расширяющегося конуса выбрасывается из слоя расплава, увлекая при этом крупные брызги жидкости. Вследствие большого значения архимедовых сил всплывания глубина проникновения струи воздуха или газа в слой расплава весьма ограничена даже при достаточно высоком давлении истечения. По этой причине участки ванны, подвергающиеся активному продуванию, также весьма ограничены по размерам и прилегают к местам ввода воздуха или газа. Наибольшие размеры активная зона продувки имеет при нижнем подводе дутья (1 на рис. 11): при баковом и верхнем подводе дутья (2 и 3 на рис. 11) активная зона продувки меньше.
Главное достоинство погруженного дутья — высокая степень полезного усвоения воздуха или газа расплавами, достигающая 95—98%. Главными недостатками погруженного дутья являются: а) образование постепенно увеличивающейся настыли на входе струи, требующей частого механического ее удаления (сбивания ломком), и б) усиленный износ футеровки ванны и трубок на участках, прилежащих к входу струи.
При поверхностном дутье (рис. 11, б) струя воздуха на участке от конца трубки до поверхности ванны подчиняется описанным выше закономерностям истечения газов через отверстия и закономерностям свободной струи. При соприкосновении с жидкой ванной в верхнем слое расплава под влиянием живой силы струи образуется воронка, наполненная газо-жидкостной аэросмесью, включающей в себя пузырьки воздуха и капли расплава. Слои жидкости, находящиеся на стенках воронки, срываются и совместно с аэросмесью выбрасываются на поверхность ванны. Глубина проникновения струи в ванну l и здесь весьма ограничена вследствие большой противодействующей силы всплывания. Глубина проникновения уменьшается при понижении давления истечения, увеличении высоты расположения трубки h и уменьшении угла α.
Главными преимуществами поверхностного дутья являются: а) уменьшенное настылеобразование на дутьевой трубке, зависящее-только от ее забрызгивания; б) повышение срока службы футеровки ванны по сравнению с погруженным дутьем и в) независимость работы дутьевого устройства от состояния ванны. Главный недостаток поверхностного дутья — меньшая степень усвоения воздуха или газа, обычно не превышающая 85%. Поверхностное дутье особенно эффективно при сильно агрессивных газах, могущих активно разрушать трубки и футеровку, в частности при воздухе, обогащенном кислородом.
Количество воздуха, проникающее в расплав при погруженном дутье с боковым расположением фурм, можно рассчитывать по формуле
Количество воздуха, поступающее в расплав при поверхностном дутье, рассчитывают по формулам истечения газов из отверстий; при этом учитывают, что не весь воздух, поступающий в расплав, усваивается ванной.
Наблюдения за поведением расплавов при их продувке воздухом или газом показывают, что при повышении количества вдуваемого воздуха постепенно усиливаются выбросы расплава из слоя; при некотором количестве дутья выбросы достигают катастрофических размеров, что лимитирует возможность увеличения количества воздуха или газа, подаваемого в ванну. Пока еще нет формул, с помощью которых можно было бы рассчитывать предельное количество дутья для различных расплавов, но чем выше температура и меньше вязкость расплава, тем большее количество дутья может принять ванна.
При продувке ванны расплавы находятся в постоянном движении,, обусловленном динамическим воздействием газо-воздушных струй. Наиболее активное движение происходит в районах, прилегающих к месту входа дутья, где ванна сильно бурлит и фонтанирует. Находящийся в этом районе расплав усиленно перемешивается по глубине ванны, вследствие чего куски флюсов могут заноситься в нижние слои расплава. При-больших размерах ванн и сосредоточенном подводе дутья зона активной циркуляции расплава весьма ограничена и располагается в непосредственной близости от фурм. Например, в больших конвертерах размер активной зоны обычно не превышает 1/3 диаметра конвертера. Поэтому твердые материалы и флюсы в большой конвертер целесообразно загружать направленно, ориентируя попадание их в активную зону движения расплава.
В рудно-термических электропечах, работающих с электродами, погруженными в слой шлака, отдельные участки жидкой ванны неравномерно нагреваются, что порождает конвекционное движение расплавов.