STUDYING THE POSSIBILITY OF USING COHERENT TYPE NOZZLES FOR BOF BLOWING AT THE GAS DYNAMIC SIMULATION STAND

Т. Голуб; Л. Молчанов; С. Семикін

doi:10.15407/scine19.04.079

Автор(и)

Т. Голуб Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України https://orcid.org/0000-0001-9269-2953
Л. Молчанов Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України https://orcid.org/0000-0001-6139-5956
С. Семикін Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України https://orcid.org/0000-0002-7365-2259

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine19.04.079

Ключові слова:

верхня продувна фурма для конвертера, когерентне сопло, зовнішня кільцева частина сопла, маса струменя, геометричні параметри струменя

Анотація

Вступ. Технологія кисневого конвертування є провідною для отримання конструкційної сталі завдяки своїм незаперечним перевагам.
Проблематика. В умовах, характерних для більшості конвертерних цехів України, коли вихідні параметри продувки суттєво змінюються в ході кампанії, а продувка ванни проводиться з постійною витратою кисню через звичайну фурму, оснащену наконечником з соплами Лаваля, не завжди вдається забезпечити стабільний процес продувки з високими показниками опалювання вихідних газів СО до СО₂. Тому актуальним у розвитку кисневого конвертування є вдосконалення конструкцій продувних пристроїв (наконечника й сопел).
Мета. Дослідження можливості використання сопел когерентного типу для умов верхньої кисневої продувки у конвертері.
Матеріали та методи. Зразки лабораторних сопел когерентного типу, які відрізняються співвідношенням центральної та периферійної частини при збереженні рівності загальних умов виходу струменя (відсоток кільцевого зазору до загальної площі сопла, % : 75, 65, 50, 45, 35, 25). Їх роботу досліджували шляхом оцінки імпульсу зважуванням на вагах та тіньового фотографування при досягненні швидкості газового потоку на виході з сопла на рівні 2 М. Результати порівнювали з параметрами циліндричних сопел відповідного діаметра.
Результати. При подачі продувного газу на рівні 2 Маха когерентний тип сопел з часткою зовнішньої частини
65—75 % сприяє утворенню більш широких струменів (в 1,5—1,6 рази порівняно з циліндричним соплом), з характерною багато вузловою структурою з короткими проміжками між ними. Він сприяє збільшенню імпульсу струменя на 45—55 %.
Висновки. Визначену конструкцію сопла когерентного типу рекомендовано для використання як другого контуру наконечника або сопел другого ярусу верхньої кисневої фурми, призначених для опалювання відхідних газів в кисневому конверторі. При цьому прогнозовано підвищення ефективності допалювання СО відхідних конвертерних газів через збільшення площі реакційної поверхні додаткових кисневих струменів.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

Т. Голуб, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України

к.т.н., старший науковий співробітник відділу Фізико-технічних проблем металургії сталі Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України

Л. Молчанов, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України

завідуючий відділом Фізико-технічних проблем металургії сталі Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України

С. Семикін, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України

к.т.н., с.н.с., старший науковий співробітник відділу Фізико-технічних проблем металургії сталі Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України,

Посилання

Cappel, J., Ahrenhold, F., Egger, M. W., Hiebler, H., Schenk, J. (2022). 70 Years of LD-Steelmaking — Quo Vadis? Metals, 12, 912—936. https://doi.org/10.3390/met12060912

Wimmer, G., Apfel, J., Örtelt, P., Mill, H. (2021). Roadmaps to net-zero carbon for the Integrated Plant. In Proceedings of the 5th ESTADи (30 August — 2 September 2021, Stockholm, Sweden).

Alshurafa, K., Kleier, T. (2021). Green Primary Steelmaking. In Proceedings of the Presentation at the AIST Joint Technology Committee (29 September 2021, Toledo, OH, USA).

Cavaliere, P., Perrone, A., Silvello, A., Stagnoli, P., Duarte, P. (2022). Integration of Open Slag Bath Furnace with Direct Reduction Reactors for New-Generation Steelmaking. Metals, 12(2), 203—225.

Suer, J., Ahrenhold, F. (2021). Integration of DRI plants into classical BOF production sites. In Proceedings of the 5th ESTAD (30 August — 2 September 2021, Stockholm, Sweden).

Internal Evaluation. Thyssenkrupp SE Based on Emission Database for Global Atmospheric Research (EDGAR), EDGARv5.0 FT2018. 2020. URL: https://edgar.jrc.ec.europa.eu/ (Last accessed: 18.03.2023).

Voraberger, B., Wimmer, G., Salgado, Dieguez, U., Wimmer, E., Pastucha, K., Fleischanderl, A. (2022). Green LD (BOF) Steelmaking — Reduced CO2 Emissions via Increased Scrap Rate. Metals, 12, 466—483. https://doi.org/10.3390/met12030466

Wimmer, G., Pastucha, K., Voraberger, B. (2021). Increase of Scrap Rate in Converter Steelmaking. Steel Tech., 15, 28—35.

Ryman, Ch., Larsson, M. (2006). Reduction of CO2 Emissions from Integrated Steelmaking by Optimized Scrap Strategies: Application of Process Integration Models on the BF—BOF System. ISIJ International, 46(12), 1752—1758. https://doi.org/10.2355/isijinternational.46.1752

Sahoo, M., Sarkar, S., Das, A. C. R., Roy, G. G. (2019). Role of Scrap Recycling for CO2 Emission Reduction in Steel Plant: A Model Based Approach. Steel Research International, 90(8), 1900034. https://doi.org/10.1002/srin.201900034

Chernyatevich, A. G., Molchanov, L. S., Sigarev, E. N., Chubin, K. I. (2021). Specific Features of Blowing a Converter Bath with the Application of Modernized Two-Story Oxygen Lances. Steel in Translation, 51(8), 538—547. https://doi.org/10.3103/S0967091221080027

Valentas, L. S., Straughen, D. T., Bugar, G. S. (2016). BOF post-combustion lances — new advancements and results from four continents. AISTech 2016 Proceedings (16—19 May, 2016, Pittsburgh, Pennsylvania, USA).

Rymarchyk, N. M., Barbus, J. A. (1999). The post combustion lance: theory and application in the BOF steelmaking process. 12th IAS Steelmaking seminar (2—5 November, 1999, ISS Argentina).

Rymarchyk, N. M. (1998). Post combustion lances in Basic oxygen furnace (BOF) operations. Steelmaking conference Proceeding, 1998, 445—449.

Jalkanen, H., Holappa, L.(2014). Treatise on Process Metallurgy. Vol. 3: Industrial Processes, Chapter 1.4-Converter Steelmaking, 223—270. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096988-6.00014-6

Sarma, B., Mathur, P. C., Selines, R. J., Anderson, J. E. (1998). Fundamental aspects of coherent gas jets. Electric Furnace Conf. Proc., Iron and Steel Society (Louisiana), 56, 657—72.

Zhao, F., Zhu, R., Wang, W. (2019). Characteristics of the Supersonic Combustion Coherent Jet for Electric Arc Furnace Steelmaking. Materials, 12, 3504—3518. https://doi.org/10.3390/ma12213504

Zhao, F., Zhu, R.,Wang, W. (2020). Characteristics of a coherent jet enshrouded in a supersonic fuel gas. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 27, 2, 173—180. https://doi.org/10.1007/s12613-019-1928-0

Malfa, E., Giavani, C., Memoli, F. (2005). Numerical simulation of a supersonic oxygen lance for industrial application in EAFs. MPT Int., 28, 44—50.

Zhao, F., Sun, D., Zhu, R. (2017). Effect of shrouding gas parameters on characteristics of supersonic coherent jet. Metall. Mater. Trans. B., 48, 1807—1816. https://doi.org/10.1007/s11663-017-0931-y

Tang, G. W., Chen, Y., Silaen, A. K. (2019). Effects of fuel input on coherent jet length at various ambient temperatures. Applied Thermal Eng., 153, 513—523. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.019

Tang, G. W., Chen, Y., Silaen, A. K. (2018). Investigation on coherent jet potential core length in an electric arc furnace. Steel Res. Int., 90, 1504—1516. https://doi.org/10.1002/srin.201800381

Meidani, A. R. N., Isac, M., Richardson, A. (2004). Modelling shrouded supersonic jets in metallurgical reactor vessels. ISIJ Int., 44, 1639—1645. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.1639

Liu, F., Sun, D., Zhu, R. (2017). Effect of shrouding gas temperature on characteristics of a supersonic jet flow field with a shrouding Laval nozzle structure. Metall. Mater. Trans. B., 49, 2050—2062. https://doi.org/10.1007/S11663-018-1272-1

Liu, F., Sun, D., Zhu, R. (2019). Effect of shrouding Mach number and ambient temperature on the flow field of coherent jet with shrouding Laval nozzle structure. Can. Metall. Q., 58, 96—106. https://doi.org/ 10.1080/00084433.2018.1522815

Li, X., Wei, G., Zhu, R., Tian, B., Zhao, R., Lan, X. (2022). Study on the Characteristics of Coherent Supersonic Jet with Superheated Steam. Metals, 12, 835—846. https:// doi.org/10.3390/met12050835

Hu, S., Zhu, R., Dong, K., Liu, R. (2018). Numerical Simulation and Industrial Experimental Research on the Coherent Jet with “CH4 + N2” Mixed Fuel Gas. Metall. Mater. Trans. B., 49, 2584—2598. https://doi:10.1007/S11663-018-1312-X.

Alam, M., Naser, J., Brooks, G., Fontana, A. (2010). Computational Fluid Dynamics Modeling of Supersonic Coherent Jets for Electric Arc Furnace Steelmaking Process. Metallurgical and Materials Transactions B, 41(6), 1354—1367. https://doi.org/10.1007/s11663-010-9436-7

Кirillin, V. A., Sychev, V. V., Sheidlin, A. Ye. (2008). Technical thermodynamics. Moscow [in Russian].

Miller, D. R. (1988). Atomic and Molecular Beam Methods (Ed. Giacinto Scoles). New York: Oxford University press. P. 14—53.

Аbramovich, H. N. (1991). Applied gas dynamics. Moscow [in Russian].

Аvduevskiy, V. S., Asharatov, A. A., Ivanov, A. V., Pirumov, U. G. (1985). Supersonic Nonisobaric Gas Jets. Moscow [in Russian].

Ashkenas, H., Sherman, F. S. (1964). Structure and Utilization of Supersonic Free Jets in Low Density Wind Tunnels. 4th International Symposium on Rare field Gas Dynamics (July 14—17, 1964, Toronto, Canada). New York. P. 85.