Мал золотник, да дорог... Размеры
Составлены модели образования капель металла в шлаковой фазе сталеплавильной ванны. Запропоновано моделі утворення крапель металу в шлаковій фазі сталеплавильної ванни. The model of the formation of metal droplets in the slag phase of the steel bath....
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143754 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Мал золотник, да дорог... Размеры / 8)В.Б. Охотский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 7. — С. 38-40. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859664831925190656 |
|---|---|
| author | Охотский, В.Б. |
| author_facet | Охотский, В.Б. |
| citation_txt | Мал золотник, да дорог... Размеры / 8)В.Б. Охотский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 7. — С. 38-40. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Составлены модели образования капель металла в шлаковой фазе сталеплавильной ванны.
Запропоновано моделі утворення крапель металу в шлаковій фазі сталеплавильної ванни.
The model of the formation of metal droplets in the slag phase of the steel bath.
|
| first_indexed | 2025-11-30T10:11:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013
К 100-летию М. Я. Меджибожского
УДК 669.18
В. Б. Охотский
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
Мал золотник, да дорог... Размеры
Составлены модели образования капель металла в шлаковой фазе сталеплавильной ванны.
Ключевые слова: конвертер, продувка, мартеновская печь, корольки, томасовский конвертер, металло-
шлаковая эмульсия, сталеплавильные процессы
История и состояние вопроса
М
олодость М�� Я�� Меджибожского была нелегкой��
Рано потеряв отца, он начал свой жизненный
путь рабочим в небольшом селе в тяжелые
20-е годы, но тяга к знаниям победила все
невзгоды�� Окончив Енакиевский металлургический
техникум (1931-1933), Донецкий индустриальный
институт (1933-1938), проработав на Макеевском и
Донецком (1938-1941), Златоустовском (1941-1946)
металлургических заводах, а также аспирантом ка-
федры металлургии стали ДМетИ, ассистентом
(1948-1949), доцентом (1949-1961), профессором
кафедры металлургии стали СМИ (1961-1963), на-
чальником сталеплавильной лаборатории ДонНИИ-
ЧерМета, зав�� кафедрой металлургии стали ЖдМИ
(1966-1976), он стал одним из ведущих отечествен-
ных специалистов в металлургии стали��
Продувка сталеплавильной ванны, окислитель-
ные процессы, протекающие в ней, и ее неравно-
мерность, перемешивание и усвоение твердых мате-
риалов жидкими фазами стали предметом научного
поиска и технологических решений М�� Я�� Меджибож-
ского�� Но особое место в его исследованиях заняло
изучение формирования и физико-химических про-
цессов диспергированных в шлаке капель металла,
корольках, определяющих массообменные процес-
сы в системе металл-шлак сталеплавильной ванны��
Такие вопросы давно привлекали внимание спе-
циалистов�� Так, например, бессемеровский процесс
возник в 1856 г��, а в 1879 г�� им уже заинтересова-
лись в США и в 1927 г�� – на заводе им�� Г�� И�� Петров-
ского�� Кроме того, ученые изучали и другие стале-
плавильные процессы: томасовский (IRSID, Фран-
ция, 1954), малобессемеровский (Германия, 1919);
беспродувочный, кислый и основной мартеновские
(Великобритания, 1919, 1925; Германия, 1922), а так-
же и ЦНИИЧМ, НТМК, КПИ, МИСиС; продувку мар-
теновской ванны кислородом – на НТМК, в ЖдМИ
и ДонНИИЧм, ДСПА, ЧССР (1971)��
Первый конвертер верхнего кислородного дутья
запустили в 1952 г��, а уже в 1963 г�� поведение ко-
рольков изучали в США, в 1964 г�� – в CNRM, 1965 г�� –
в Германии, 1968 г�� – в IRSID, Великобритании и
Болгарии�� В нашей стране свой вклад в исследова-
ние этих процессов внесли сотрудники ДМетИ, СМИ,
МК им�� Ильича, ДонНИИЧМ, УПИ, ЖдМИ, МИСиС,
ЦНИИЧМ и др�� Возникновение новых процессов
вызвало необходимость их изучения в МИСиС (ре-
циркуляционный, 1957), IRSID (непрерывный, 1969)��
ЧПИ (аргоно-кислородное рафинирование, 1995)��
Эти вопросы оказались настолько важными, что воз-
никло холодное (ДметИ, 1939 – МИСиС, ДонНИИЧМ,
ЖдМИ) и горячее (УПИ, 1970 – ДонНИИЧМ, Великоб-
ритания) моделирование соответствующих физико-
химических процессов��
Начав изучение последних, в 1952 г�� М�� Я�� Меджи-
божскому удалось экспериментально доказать, что в
массообменные процессы с корольками вовлекается
не только шлак, но и расположенная над ним газовая
фаза, в которую они выбрасываются�� Это привело
к пересмотру механизма передачи кислорода в ме-
талл из окислительной газовой фазы��
К королькам, эмульгированным в шлаке и опреде-
ляющим процессы десульфурации и дефосфорации
при выплавке, внепечной обработке и разливке ста-
ли, в полной мере применима старинная пословица
«Мал золотник, да дорог������»��
Модель процесса
М�� Я�� Меджибожский первым подтвердил значи-
мость не только массовой доли содержания король-
ков в шлаке k, но и их размеров d [1]�� Последние
формируются при кипении сталеплавильной ванны в
процессе прохождения газовых пузырей размерами
D через границу раздела металл-шлак��
В соответствии с уравнением Нуссельта [2], тол-
щину пленки металла, переносимой пузырьком, мож-
но выразить уравнением
1/ 2
1 1(3 / )u gδ = η ρ , (1)
где ρ1, η1 – плотность и динамическая вязкость ме-
талла; u – скорость всплывания пузыря; g – гравита-
ционное ускорение��
Принимая для барботажа сталеплавильной ванны
отдельными пузырями 1/ 2( / 2 )u gD≈ [3], получают
2 2 2
1 1(81 / 2 )D gδ = η ρ , (2)
При продувке ванны струей с расходом газа q в
соответствии с [3] определяют
2 4 1/10 1/12 1/ 4 1/9 3 /10
1 1(3 ( / 273 ) / 2Dk q T gδ = η ρ , (3)
где kD = 1,1835; Т – температура ванны, К��
�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013
В зависимости от режима движения пузырьков
при входе в шлак и от физических свойств метал-
ла и шлака пленка металла может превращаться в
корольки размерами d ≈ δ или стекать в кормовую
часть пузыря, превращаясь в каплю размером
2 1/3(6 )d D= δ �� (4)
На рис�� 1, а результаты моделирования образо-
вания фактических корольков dф в системе тяже-
лая фаза – легкая фаза при барботаже отдельными
пузырями холодных жидкостей и расплавов (ртуть,
свинец, медь) [4] сопоставлены с рассчитанными dp
по (4)�� Несмотря на некоторые отклонения dp от ли-
нии равных значений I, в целом соответствие мож-
но считать удовлетворительным��
При беспродувочном кипении металла в подо-
вом агрегате со скоростью выгорания углерода
(Vc, %/ч), используя экспериментально найденную
зависимость (D = 15Vc, см), на рис�� 1, б примени-
тельно к работам [1, 5] сопоставлены эксперимен-
тально найденный диапазон значений d с линиями
I и II, рассчитанными по (2) и (4)�� На практике при
Vc = 0,25-1,80 % С/ч, размер корольков в среднем
соответствует модели (2), в отдельных случаях при-
ближаясь к модели (4)�� Значительный диапазон их
размеров связан со взрывом корольков при взаимо-
действии с окислительным шлаком��
При продувке ванны кислородом в ЭДП [7] (ли-
ния 1 на рис�� 1, в) и МП [8-9] (точки) величина ко-
рольков соответствует моделям (2) и (4) – линии I и II
как по характеру зависимости размера корольков от
расхода кислорода на одно сопло, так и по порядку
величины��
Продувку в томасовских конвертерах (Т) через
игольчатое и в бессемеровских (Б) через фурмен-
ное днище можно проанализировать по уравнени-
ям (2) и (4) соответственно при расходе дутья q на
одно сопло и одну фурму�� На рис�� 1, г представле-
ны экспериментальные данные о размере корольков
в шлаке при продувке в томасовском [8] и бессеме-
ровском конвертерах садкой 20 т [9], а также о раз-
мере капель, выносимых из 24-тонного конвертера,
которые соответствуют результатам расчета по ана-
литическим выражениям (2) и (4) по данным автора
(линии I и II)��
Размеры корольков в шлаке при продувке в кон-
вертерах верхнего кислородного дутья садкой 50 кг,
1, 28, 35 и 125 т, в том числе при различном соста-
ве чугуна и интенсивности продувки, представлены
на рис�� 2�� Их средние величины (точки) лучше соот-
ветствуют расчетам по (2) (линия I), но верхний пре-
дел диапазона приближается к линии II (4)�� С ними
согласуются данные лабораторного эксперимента
[10], проведенного в близком к промышленному ре-
жиму глубокого проникновения (область А, рис�� 2)��
Разбрызгивание чугуна при обдуве его поверх-
ности в режиме открытого кратера исследовали в
работе [11]�� В этом случае согласно модели образо-
вания и роста амплитуды α капиллярных волн [12]
с условием, что за время их прохождения по глу-
бине кратера h со скоростью капиллярной волны
ее амплитуда станет равной длине волны λ, с
минимальным ростом амплитуды до величины
α ≈ λ и с образованием капель размера d получают
7 /3 1/3 2 /3 1/3 1/3 1/3
1 12 3 /d gσ≈ λ = πη β ρ , (5)
где βσ= 0,3��
Рис. 1. Размеры эмульгированных капель: при холодном моде-
лировании [4] (а); металла в беспродувочных подовых процессах
[1, 4] (б); в продувочных подовых процессах [7, 8] (в); при донной
продувке в конвертере [10, 11] (г)
I
d, мм
q, м3/мин
2 4 6
101
100
10-1
г
II
I
d, мм
q, м3/мин
100 5 101
100
10-1
в
II
I
d, мм
Vc, %/ч
2 5 100 2
101
100
10-1
б
II
I
dр, мм
dф, мм
0,2 0,4 0,6 0,8
0,8
0,6
0,4
0,2
а
�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 7 (242) ’2013
ЛИТЕРАТУРА
1�� Меджибожский М. Я. // Сталь�� – 1952�� – № 7�� – С�� 586-589��
2�� Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных систем�� – М��: Энергия, 1976�� – 296 с��
3�� Охотский В. Б. Модели металлургических систем�� – Днепропетровск: Системные технологии, 2006�� – 287 с��
4�� Poggi D., Minto R., Davenport V. G. // J�� Mеtals�� – 1969�� – № 11�� – Р�� 40-45��
5�� Челищев Е. В. // Применение кислорода в металлургии�� – М��: Металлургиздат, 1957�� – С�� 217-230��
6�� Mullholland E. W., Hazeldean G. S. F., Davies M. W. // Jisi�� – 1973�� – V�� 21, № 9�� – P�� 632-638��
7�� Современные проблемы электрометаллургии стали / А�� И�� Строганов, Ю�� А�� Пыленов, С�� Т�� Ушаков, А�� А�� Абрамов��
– Челябинск: УПИ, 1973�� – С�� 78-85��
8�� Kozakevitch P., Leroy P. // Rev�� Met�� – 1954�� – № 3�� – S�� 203-209��
9�� Афанасьев С. Г. Исследование бессемеровского процесса�� – М��: Металлургиздат, 1957�� – 110 с��
10�� Kitamura S., Okohira K. // Jisi Jap�� – 1990�� – V�� 76, № 1�� – Р�� 199-206��
11�� Koria S. C., Lange K. // Met�� Trans�� – 1984�� – V�� 15 B, № 1�� – Р�� 109-116��
12�� Mayer E. // ARS J�� – 1961�� – V�� 31, № 12�� – 1783-1785��
13�� Меджибожский М. Я. Интенсификация мартеновской плавки вдуванием воздуха в ванну�� – М��: Металлургиздат,
1959�� – 192 с��
Охотський В. Б.
Малий золотник, але дорогий... Розміри
Запропоновано моделі утворення крапель металу в шлаковій фазі сталеплавиль-
ної ванни
Анотація
converter, blowing, open-hearth furnace, wrens, metalloshlakovaya emulsion steel-
making processesKeywords
Okhotsky V. B.
Small but precious... Measurements
The model of the formation of metal droplets in the slag phase of the steel bath.
Summary
Поступила 05��02��13
конвертер, продування, мартенівська піч, корольки, томасівський конвертер,
металошлакова емульсія, сталеплавильні процесиКлючові слова
Рис. 2. Влияние расхода дутья на одно сопло на размеры
эмульгированных капель
1 т
Б
А
d, мм
q, м3/мин
10-2 10-1 100 101 102
101
100
10-1
На рис�� 2 данные [11] представлены областью Б,
расположенной выше линии III, которая отвечает
уравнению (5), описывающему начало разбрызги-
вания��
Приведенные данные подтверждают мнение
М�� Я�� Меджибожского, что корольки в шлаке при про-
дувке образуются в результате разрушения пузырей
монооксида углерода на поверхности ванны [13]��
Выводы
Составлены модели размеров капель металла в
металлошлаковой эмульсии сталеплавильных про-
цессов, расчеты по которым дают результаты, соот-
ветствующие экспериментальным данным��
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143754 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T10:11:48Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Охотский, В.Б. 2018-11-10T18:53:53Z 2018-11-10T18:53:53Z 2013 Мал золотник, да дорог... Размеры / 8)В.Б. Охотский // Металл и литье Украины. — 2013. — № 7. — С. 38-40. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143754 669.18 Составлены модели образования капель металла в шлаковой фазе сталеплавильной ванны. Запропоновано моделі утворення крапель металу в шлаковій фазі сталеплавильної ванни. The model of the formation of metal droplets in the slag phase of the steel bath. К 100-летию М. Я. Меджибожского ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Мал золотник, да дорог... Размеры Малий золотник, але дорогий... Розміри Small but precious... Measurements Article published earlier |
| spellingShingle | Мал золотник, да дорог... Размеры Охотский, В.Б. |
| title | Мал золотник, да дорог... Размеры |
| title_alt | Малий золотник, але дорогий... Розміри Small but precious... Measurements |
| title_full | Мал золотник, да дорог... Размеры |
| title_fullStr | Мал золотник, да дорог... Размеры |
| title_full_unstemmed | Мал золотник, да дорог... Размеры |
| title_short | Мал золотник, да дорог... Размеры |
| title_sort | мал золотник, да дорог... размеры |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143754 |
| work_keys_str_mv | AT ohotskiivb malzolotnikdadorograzmery AT ohotskiivb maliizolotnikaledorogiirozmíri AT ohotskiivb smallbutpreciousmeasurements |