3.4.3. Структура шлакометаллической эмульсии в печи РОМЕЛТ

Рис. 39 Варианты локализации капель металла шлаке

Исследование проб показало, что мелкие капли часто находятся в зоне контакта угля со шлаком, а также у поверхности газовых пузырей.

Выявлено неоднородное распределение капель металла по высоте шлаковой ванны. Сравнительно большое их содержание отмечается в нижней части шлаковой ванны, особенно в зоне спокойного шлака. Это объясняется замедлением движения капель из-за значительного увеличения максимального (отрывного) размера закреп-

ленных на них газовых пузырьков. В результате коалесценции в спокойном слое возрастает доля крупных капель.

Сравнительно высокое содержание капель металла характерно также для поверхностного слоя шлаковой ванны. Возможно, это является следствием задержки капель всплывающими газовыми пузырями (особенно активное газообразование происходит именно в этом слое ванны, поскольку в нем преимущественно находится взаимодействующий со шлаком уголь), а также выносом газокапельных комплексов восходящими потоками циркуляционных контуров, возбуждаемых в шлаковой ванне действием барботажных столбов - областей компактного выхода газа барботажных фурм.

Рассчитанная в предположении о неизменности содержания и распределения капель по размерам внутри каждой зоны, суммарная площадь поверхности капель в шлаковой ванне при производительности печи 5 - 10 т чугуна в час составила 390 - 980 м2. Общая масса эмульгированного в шлаке металла составляет 1,4 - 2,5 т.

Около трети суммарной площади поверхности капель приходится на подфур- менную зону. В этой зоне сосредоточено около половины всей массы капель металла.

Характеристики шлакомеггаллической эмульсии приведены в табл. 4.

Таблица 4

Характеристики шлакометалличеекой эмульсии Содержание Удельная поверхность ка Площадь по Масса ка Зона капель, пель верхности пель, кг % масс. капель, м /м шлака м /кг металла м2 I 2,5 - 3,8 10-30 0,12-0,35 110-330 740-1125 П 1,9-3,6 15-40 0,25 - 0,60 80-220 270 - 520 Ш (а) 0,9-1,8 10-20 0,30 - 0,70 70-140 160 -325 Ш(6) 0,9 - 2,0 15-30 0,35 - 0,70 90-180 145-325 Ш(в) 1,0-3,6 15-40 0,30-0,80 40-110 75 - 270 Металлическое железо в количестве 0,3 - 0,6 % от массы шлака постоянно присутствует в шлаковой матрице в виде мельчайшей взвеси (основная часть этих капель имеет диаметр менее 0,5 мкм), которую невозможно механически отделить при дроблении и которая не осаждается при отстаивании шлака в сифоне (отстойнике), т.

жено существенного изменения содержания металлической микровзвеси по высоте шлакового расплава.

Суммарная поверхность этих частиц намного превышает поверхность капель металла, выделенных из проб при их разделке. Наиболее вероятно, что эти капли переходят в шлак с поверхности угольных частиц, т. е. они изначально науглерожены и находятся в жидком состоянии. Попав в массу шлака, подобная микрокапля должна за доли секунды обезуглероживаться до такого содержания [С], когда металл переходит в твердое состояние. Поэтому, по нашему мнению, взаимодействие углерода, растворенного в каплях микровзвеси с оксидами железа шлака затруднено.

Исследование поведения примесей в каплях показало, что процессы рафинирования металла идут с заметными скоростями только в сравнительно крупных каплях, размер которых превышает внутренний масштаб турбулентности, характерный для барботируемой шлаковой ванны. Таким образом, наличие металлической взвеси в шлаке также не оказывает существенного влияния на процессы распределения примесей между металлом и шлаком (формирования конечного металла).

В предположении о неизменности содержания и распределения металлических капель по размерам внутри каждой зоны, можно оценить кажущиеся скорости оседания восстановленного металла в различных зонах шлакового расплава. Для конкретных условий при плавке шлама газоочисток конвертерного производства при скорости загрузки 16 т/час были получены следующие значения скорости и времени прохождения через шлаковый расплав потока оседающих капель металла в характерных зонах:

в поверхностном слое - 2,3 мм/с и 2,2 мин., соответственно;

- в области барботируемого шлака - 5,8 мм/с и 4,3 мин;

- в области спокойного шлака - 1,7 мм/с и 6,8 мин.

Реальные скорости движения металлических капель в барботируемой шлаковой ванне выше, т.

Время прохождения каплями зоны барботируемого шлака практически равно времени их оседания в подфурменной зоне. Общее кажущееся время пребывания капель в шлаке составило около 13 мин. Применяемый на печи РОМЕЛТ (НЛМК) сифонный выпуск шлака обеспечивает поступление его в отстойник из зоны спокойного слоя. Шлак из рабочего пространства печи движется через горизонтальный канал, а затем поднимается вверх в отстой-

нике. За счет достаточно большой площади сечения отстойника скорость поднятия шлака в нем составляет около 0,20 мм/с - при непрерывном выпуске шлака и около 1,8 мм/с - во время периодического выпуска. Скорость погружения капель, характерная для зоны спокойного шлака, оказывается в первом случае намного больше скорости подъема шлака в отстойнике и сопоставимой с ней во втором. Таким образом, отстойник эффективно играет роль осадителя капель. С выпускаемым шлаком теряется только металлическая микровзвесь.

На опытных плавках изучали также влияние различных факторов на структуру шлакометаллической эмульсии. Из-за значительного разброса данных при ограниченном в силу технических причин количестве опытов, приводимые ниже зависимости могут рассматриваться лишь как качественные.

Изменение режимов загрузки сырья сказывалось на структуре шлакометаллической эмульсии в зонах барботируемого шлака практически сразу. При увеличении производительности агрегата содержание металла в шлаке и площадь поверхности капель в 1 м3 шлака возрастали, а площадь капель в пересчете на 1 кг металла в шлаке имела тенденцию к снижению, что указывало на изменение фракционного состава в сторону увеличения доли крупных капель.

Зона спокойного шлака значительно более инерционна по отношению к изменению производительности. Так, непосредственно после снижения в два раза скорости загрузки руды отмечено значительное уменьшение концентрации металла в барботируемой зоне.

При переходе от плавки окисленного сырья к плавке частично восстановленного до металлического железа (22 т/час отсева металлизованных окатышей содержащих Feo6ni. - 80,5% и FeMer - 56,0%) зональное строение шлакометаллической эмульсии

претерпело изменения. В поверхностном слое ванны заметно снизилась концентрация металлических капель (0,4 - 1,1% масс.). Преобладающими стали мелкие фракции, а капель с размерами более 1,6 мм практически не было.

По-видимому, это связано с особенностями формирования капель при плавлении металлических частиц (кусочков губчатого железа). Первичные капли металла в данном случае преимущественно формируются из самих частиц сырья, основная мас- f са которых замешивается в глубину шлакового расплава прежде, чем завершится их

плавление.

При отработке технологии получения марганцовистого низкофосфористого шлака, когда в печь длительное время подавали только марганцевый агломерат (МПоб 36,5 - 42,2%, Feo6m — 2-3%) с расходом 12 т/час и Кузнецкий уголь марок ТСШ и ОС с расходом 14 т/час (в отдельные периоды подавалась небольшая добавка аглоруды), структура шлакометаллической эмульсии также изменялась (см. табл. 5). Доля крупных капель в зоне барботируемого шлака заметно снизилась. В то же время содержания металла в зоне спокойного шлака и, особенно, в поверхностном слое бар- ботируемой зоны оказались значительными, сравнимыми с содержанием капель при работе агрегата на железосодержащем сырье. Возможно, это обусловлено характер- I ным для плавки на марганцовистый шлак сочетанием его низкой вязкости и вызван

ного этим перехода шлаковой ванны в режим с подавленным волно- и брызгообразо- ванием. При такой менее активной ванне увеличивается максимальный размер газовых пузырей на каплях, допускаемый степенью развития турбулентности в системе. При этом осаждение восстановленного металла в шлаковой ванне может быть значительно замедлено.

Таким образом, на формирование межфазной поверхности "металл-шлак" в печи РОМЕЛТ оказывают влияние все основные технологические факторы: производительность, состав шихты, физические свойства получаемого шлака, а также, опосредованно, режим продувки, определяющий мощность перемешивания расплава.

Таблица 5

Характеристики шлакометаллической эмульсии при плавке марганцевого сырья Зоны Площадь Содержание Удельная поверхность капель капель, м2 капель, % масс м^м3 шлака м2/кг металла I 79 1,79 10,5 0,22 Ш(а) 131 0,66 19,2 1,10 ШГв) 212 2,56 76,0 1,12