ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физическое моделирование плавки в расплаве из "Автогенные процессы в цветной металлургии " Особый интерес представляет использование физического моделирования к изучению процессов в барботируемой жидкой ванне. В этом направлении проводились многочисленные исследования в СССР и за рубежом. В литературе имеется множество результатов моделирования дальнобойности и траектории газовой струи в объеме жидкости, гидроэродинамики барботируемой ванны, подъема ванны, брызгоуноса, массообменных процессов и др. [54 - 64]. При этом советскими исследователями получены многие приоритетные решения в этих вопросах. Многие решения, полученные на холодных моделях, были подтверждены на горячих моделях с реальными металлургическими расплавами. [c.81] Кратко остановимся на тех материалах, которые представляют практический интерес для специалистов, занимающихся барботажными процессами [54, 61]. [c.81] При истечении струи в ванну достаточно больших размеров, исключающих действие стеночного эффекта, и несоизмеримости гидростати-че ого давления (Ьд) со скоростным давлением критерии-симплексы В, а, Ьф,Ьд не влияют на параметры струи и правомерно исключаются из уравнения (2). Таким образом, параметры струи определяются по следующим зависимостям I = / (1 д, Ат) у = / (х, ёд, Аг). [c.82] При изучении таких характеристик барботажного агрегата, как дробление жидкости, газонасыщенность ванны, ее подъем, брызгообра-зование и др., существенную роль играют, как показывают многочисленные исследования, физические свойства жидкости - вязкость и поверхностное натяжение. Поэтому в равенстве (1) должны быть сохранены критерий-симплекс вязкостей ( = v /v ,) и критерий-комп-лекс, включающий поверхностное натяжение (о). Таким критерием может быть число Вебера в виде ке = р у/ Цо] У1е = p gl o или другой соответствующий критерий-комплекс, включающий свойства жидкости (0,v,p)[55]. [c.82] Процесс взаимодействия газовой струи с жидкостью и особенно с высокотемпературными металлургическими расплавами является весьма сложным и недостаточно изученным. При верхней вертикальной продувке просматривается лунка (открытая или замкнутая), при боковой продувке - горизонтальный участок и траектория (см. рис. 70) движения струи. Для изучения гидродинамической (газодинамической) структуры наиболее удобной является донная вертикальная струя. [c.83] В результате исследований советских и зарубежных авторов [58, 59, 60, 63, 64] можно считать, что истечение струи газа из заглубленного сопла и ее дальнейшее развитие в объеме жидкости подчиняется закономерностям турбулентного струйного течения, т.е. изучение возможно на основе известных соотношений теории затопленных струй. Однако имеются существенные особенности истечения газовых струй в жидкость. [c.83] Непосредственно на срезе сопла газовая струя в жидкости резко расширяется от (2 - 3) с/ до (10 - 15) с1д, а по некоторым данным и более (до 30 0 при обратном набегании на сопло газовой каверны). Это объясняется большим различием плотностей газа и жидкости и пульсирующим характером истечения струи, который фиксируется визуально, фотографированием и другими методами. Расширение струи и газо-жидкостного потока в ванне также находится в широких пределах центральный угол раскрытия 0 = 12 - 26 град (по некоторым данным 30 град и более). Значения 0 зависят от свойств газа, жидкости и скорости истечения струи в ванну. В широких пределах находятся также и пульсационные характеристики струй, замеренные на холодных и горячих моделях, а также на полупромышленных и промышленных барботажных агрегатах. На холодных моделях при боковой продувке зарегистрирован отрыв газовых пузьфей от сопла, определяющий пульсацию струи, с частотой от 5 - 10 до 30 Гц в зависимости от режима продувки. На горячей модели при верхней вертикальной продувке замерены пульсации глубины лунки в пределах 20 - 25 % с периодичностью пульсаций 0,1 - 0,15 с. Следует отметить, что ассимиляция газа ванной независимо от ее механизма (абсорбция, хемосорбция, фазовый переход) способствует стабилизации гидродинамической неустойчивости струйного течения. При сильной ассимиляции течение струи можно рассматривать как квазистационарное. [c.83] При определенных условиях заглубленной продувки (боковой, донной) отмечаются обратные гидродинамические удары, ведущие к интенсивному износу околофурменных участков ограждения и торца фурмы. Это происходит при переходах от одного гидродинамического режима к другому. [c.83] Различают режимы газовых струй в жидкости пузырьковый (при минимальных скоростях истечения), переходный и струйный. Последний режим наступает при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях истечения струй. При боковой и донной продувке в начале истечения имеет место чисто газовый участок струи и далее (после потери кинетической энергии) происходит всплывание газожидкостного потока в ванне. Протяженность газового участка с незначительным количеством жидкости ( 1 %) составляет, по данным [63] при холодном моделировании 15 ёд, чисто газовое ядро 5 с/д (исследования с соплом с1д = 4 мм). [c.84] В последние годы проведены обширные исследования газовых струй со звуковыми и сверхзвуковыми скоростями истечения в жидкость [57, 65], в которых установлена дополнительная классификация струйного режима, а именно пульсационный режим, переходный режим одиночных обратных ударов (одиночных каверн), собственно струйный режим - режим безударного истечения. Результаты этих исследований имеют большое практическое значение в совершенствовании барбо-тажной пирометаллургии. [c.84] Наиболее достоверные формулы, полученные различными авторами на холодных моделях, используемые в инженерных расчетах, в виде указанных зависимостей (2) приведены в [61]. Вьшод уравнения траектории боковой газовой струи в объеме жидкости (расплава) показан в [60]. Некоторые параметры струй, истекающих в ванну в условиях ограниченного рабочего объема (влияния а. В, - см. рис. 70, газовой нагрузки) приведены в работах авторов [54,79]. [c.84] Важным вкладом в рассматриваемый вопрос являются результаты исследований на горячих моделях, учитывающие реальные условия, в которых находится газовая струя температурное расширение и изменение физических свойств жидкости и газа. [c.84] На рис. 72, 73 приведены значения L/dg для различных расплавов в широком диапазоне дутьевых режимов и температур. [c.85] О влиянии поверхностного натяжения о при 1200 С на изменение L/dg можно судить по различию кривых 1 и 3. Влияние, хотя и значимо, но не очень велико для изменения о от 380 (кривая I) до 490 мДж/м (кривая 3). Понижение температуры расплавов до 900 °С увеличивает разность длин до 5 dg (кривая 4 и пунктирная линия на рис. 72). Это полностью не объясняется только изменением о, поскольку с понижением температуры вязкость расплава увеличивается. [c.85] Для Nig Sa изменение температуры от 900 до 1200 °С (кривые 3 и 4) обуславливает разность струи в 3 - 5dg. Однако для расплава 0,6 % 382 + 0,4 % FeS изменение температуры не влияет на заглубление струи, т.е. чем ниже физико-химические характеристики расплавов, тем меньше действие температуры. [c.85] Влияние температуры показано на рис. 73, где приведены результаты рентгеносъемки газовой струи в одном и том же расплаве (Nig S). [c.85] При верхнем вертикальном дутье отмечено аналогичное действие свойств и температуры расплавов на область их взаимодействия с газом. [c.85] Сравнение расчетных и фактических данных доказывает правомерность сделанных допущений при выводе формулы (3), поскольку характер изменения кривых один и тот же. Однако при количественных оценках необходимо дополнительно учитьюать изменения физикохимических свойств металлургических расплавов. [c.86] Большой объем исследований по горячему моделированию проведен в черной металлургии - на железоуглеродистых расплавах [56 - 59 и др.). Отдельные параметры газовых струй при этом сопоставлены с промышленными данными по износу футеровки. Однако результаты исследований различных авторов не согласуются между собой, поскольку условия проведения экспериментов и методические подходы к рассматриваемым вопросам различны. [c.86] Таким образом, горячим моделированием, в соответствии с зависимостью (2), сделана оценка влияния на газовую струю других свойств жидкости (кроме плотности), и особенно температуры расплава. Вязкость и температура расплава связаны между собой, и с уменьшением последней вязкость сильно возрастает, а вблизи температуры плавления вещества имеет резкий скачок. При предельном снижении температуры (например, 900 °С) можно прийти к небарботируемой ванне и, следовательно, к некоторому тупиковому истечению струи в ванну, т.е. к нереальным (нетипичным) условиям работы пирометаллур-гических установок. Причем чем ниже температура расплава, тем меньше вероятность быстрого прогрева вдуваемого газового потока и больше возможность образования застывшей корочки расплава в области распространения струи. Это необходимо учитывать при получении результатов на горячих моделях. И во всяком случае говорить о достоверности данных по действию температуры расплава и следовательно свойств жидкости, зависящих от температуры, можно при исследованиях в области температур, превышающих обычные рабочие температуры в реальных условиях. [c.87] Вернуться к основной статье