SU682576A1 - Способ комбинированной подачи газа в жидкую ванну - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к процессам металлургической и химической технологии, основой которой  вл етс  взаимодействие между расплавами (растворами) и газовым дутьем, и может быть использовано в цветной металлургии дл  медного и медноникелевого производства, а также дл  производства ферроникел .

Известен способ комбинированной подачи газа в жидкую ванну, включающий подачу газов через верхнюю и заглубленные боковые фурмы .

Однако при таком способе интенсивность процессов массо- и теплопереноса относительно низка.

Исследовани  показали, что произвольна  комбинаци  верхней вынесенной и боковой заглубленной фурм в большинстве случаев не только не способствует интенсификации плавки, но в р де случаев приводит к ухудшению работы составл ющих комбинацию фурм. Их успешна  взаимна  работа возможна лишь при определенных оптимальных геометрических и режимных параметрах, определ ющих комбинацию.

Целью изобретени   вл етс  гидродинамическа  интенсификаци  процессов массои теплопереиоса в жидкой ванне при повышении степени полезного использовани  (усвоени ) газов дуть .

Это достигаетс  тем, что отношение величины давлени  верхнего дуть  к величине давлени  бокового дуть  поддерживают равным от 2 : 1 до 6:1 при расходе верхнего дуть , равном 15%-85% от расхода газа, вдуваемого через боковую фурму, а место ввода верхнего дуть  определ ют по

формуле

90.у /Р2-У о1 V

|/zr/(l,6 Ао) --:- , g xdoi/

где I - рассто ние от фурменной сливки ванны до оси верхней фурмы, мм;

/ - дальнобойность боковой струи, мм; doi - диаметр проходного сечени  боковой фурмы, мм;

р2 - плотность газов дуть , 01 - скорость истечени  газа, м/сек; g - ускорение силы т жести, м/сек ; РЖ - плотность расплава, кг/м. Способ осуществл етс  следующим образом .

Основной газ-реагент вдувают, по крайней мере, через одну боковую фурму. По крайней мере, через одну верхнюю фурму подают дополнительный слабо ассимилируемый расплавом газ, например газ-реагент или газ, инертный по отношенню к расплаву, который ввод т во внешнюю относительно боковой фурменной стенки область выхода на поверхность ванны газов бокового дуть . Место ввода верхней струи в расплав определ ют с помощью эмпирической зависимости

/:.:/ :.(1,8-2,8)й,

ЧЙРжДо /

где / - рассто ние от фурменной стенки; I -длина боковой струи;

doi - диаметр проходного сечени  боковой фурмы; Р2 - плотность расплава;

f01 - скорость истечени  газа из боковой фурмы, м/сек;

РЖ-плотность газов бокового дуть ; g - 9,9 м/сек - ускорение силы т жести .

Значени  коэффициентов 1,8 и 2,8 формулы определ ют предельные размеры длины боковой струи /, достигаемые соответственно при пульсационном режиме ( м/сек) и струйном (, где а--скорость звука, например дл  воздуха 320 м/сек) режиме истечени  газа из боковой фурмы.

Величину давлени  подачи верхнего дуть  поддерживают в отношении от 2: 1 до 6:1 к величине давлени  основного бокового дуть  и обеспечивают расход дополнительного газа в количестве, не меньшем 15%-25% от расхода основного газа-реагента и не более 85%, что обусловлено возникновением пробо  дл  вертикальной струи. предел величины давлени  дополнительного дуть  отношение 2:1 ограничен минимальным значением импульса верхней струи, достаточным дл  реализации эффектов торможени  барботируюш,их пузырей, их дроблени  и возбуждени  дополнительной циркул ции жидкости.

Верхний предел величины давлени  (отношение 6:1) обусловлен ограничени ми по максимально допустимым значени м расхода и импульса верхней струи, при повышении которых верхн   стру  просто «пронизывает боковой, поток, а попадаюш:ий в боковую струю из верхней фурмы газ начинает способствовать наступлению «пробо  ванны (бокова  фурма начинает работать как фурма с большим расходом газа, при котором «пробой наступает раньше ). При подаче дополнительного газа на любых режимах дуть  в количествах, меньших 15-25% от расхода основного дуть , импульс верхней струи становитс  недостаточным дл  суш,ественной гидродинамической интенсификации ванны. Диапазон разброса минимальных значений определ етс  режимами бокового дуть . При величине давлени  дуть , меньшей 2-10 н/м, значени  расхода достигают 15%, а при величине давлени  большей - 25%.

Принциппальпое отличие предлагаемого способа комбинированной подачи газа в жидкую ванну состоит в том, что ввод основного и дополнительного газов осуш,еств5 л етс  при оптимальной по геометрическим и расходным характеристикам комбинации боковой и верхней фурм.

На фиг. 1 схематично изображен плавильный агрегат (ванна), разрез; на фиг. 2 JO дан график зависимости объемного коэффициента массообмена в ванне (Коб) от давлени  верхнего дуть  (Poz) при расположении верхней фурмы на различном рассто нии от фурменной стенки; на фиг. 3 - 15 схема взаимодействи  верхней и боковой газовых струй при подаче верхней струи газа во внешнюю относительно фурменной стенки область А всплыти  - барботажа, газов бокового дуть ; на фиг. 4 - то же, 20 при подаче верхней струи газа во внутреннюю относительно фурменной стенки область Б всплыти  газов бокового дуть ; на фиг. 5 дан график зависимости объемного коэффициента массообмена (/(об) от величины верхнего дуть  (Ро2) при оптимальном (рекомендуемом) расположении фурм и различных соотношени х давлени  верхнего Яо2 и бокового POI дуть ; на фиг. 6 график зависимости степени усвоени  газов 0 дуть  ванной (Ь) от суммарного расхода газов (G) из боковой и верхней фурм при различном взаимном расположении фурм и различных соотношени х давлени  верхнего и бокового дуть .

5 Плавильный агрегат содержит ванну, заполненную расплавом, боковую и верхнюю фурмы.

при подаче дуть  в ванну 1 через боковую фурму газовый поток истекает в виде 0 неустойчивой струи или пульсирующих газовых массивов. Стру  газа разрушаетс  и в виде газовых пузырей и двухфазных образований всплывает к поверхности, образу  барботажную зону. Через верхнюю фур5 му в раснлав подаетс  дополнительное дутье в виде газовой струи. Область Б-внутренн   относительно фурменной стенки область барботажа газов бокового дуть , область А - внешн   относительно фурмен0 ной стенки область барботажа; область В- область циркул ционного течени  жидкости .

При подаче верхнего дуть  во внешнюю область А зоны барботажа, т. е. при / (рас5 сто ние от оси верхней фурмы до фурменной стенки), равном / (рекомендуемое рассто ние от оси верхней фурмы до фурменной стенки), верхн   стру , внедр  сь в барботажную зону бокового дуть , тормозит всплывающие газовые и двухфазные образовани  и дробит их, что существенно увеличивает межфазную поверхность, определ ющую массо- и теплоперенос. Одновременно верхн   стру  индуцирует в ванне дополнительную циркул цию, направление

5

которой способствует разносу газовых образований по объему ванны.

При подаче верхнего дуть  во внутреннюю область б зоны барботажа, т. е. при верхн   стру  эжектируетс  боковой струей, попада  в газовый поток из боковой фурмы, барботирует вместе с ним. Увеличение количества барботирующего газа, эквивалентное увеличению расхода дуть  через боковую фурму усиливает отрицательные эффекты «пробо . В этом случае не только не интенсифицируютс  процессы массо- и теплоиереноса по отношению к сумме эффектов бокового и верхнего дуть , но и может быть понижена эффективность продувки даже по сравнению с отдельными составл ющими комбинацию фурмами, работающими в тех же режимах. В случае подачи верхнего газа в область циркул ции ванмы В, т. е. нрн , незначительно интенсифицируетс  продувка, что обусловленно лишь дополнительной циркул цией жидкости, возбуждаемой верхней струей.

Способ комбинированной подачи газа в жидкую ванну был реализован на лабораторной установке, представл ющей ванну пр моугольного сечени  размерами 0,1 X Х0,.5 м. В ванну заливают 40%-ный раствор сернистокислого натри  - имитатор расплава с начальным уровнем 0,5 м, который продувалс  газом-реагентом - ВОЗДУХОМ, через боковую фурму диаметром Jo, 2, 4 и 5 мм, размещенную от дна ванны на 140 мм. Дополнительное дутье воздуха или инертного газа (азота) подают через верхнюю фурму диаметром мм, вынесенную над начальным уровнем жидкогти на (2,-4.0) doz, т. е. на 40 и 80 мм.

Пример 1. Услови  испытани : doi 5 мм, da- - 2 мм, удаление среза верхней cbvpMbi от начального уровн  жидкости 80 мм, боковое и верхнее дутье - воздух; OTHOHieriHe величины давлени  верхнего дуть  РОЗ к величине давлени  бокового ДУТЬЯ Р|и равно 6:1; рассто ние от оси верхней фурмы до фурменной стенки равно

Р(„ Ы05 Н/М2,Ро2 6-105 н/м2,

ро,534 кг/мз, рн(103кг/мЗ, Uoi 313м/сек; dn, 5-10-3 м, jcr 9,8 м/сек2, / 248 мм На фиг. 2 крива  1 характеризует зависимость обт емного коэффициента массопереноса /С,.г, от давлени  верхнего дуть  POZОбъемный коэффициент массопереноса определ етс  по формуле

А- - ° 252-0,21Рт

где ЛС - изменение концентрации продуваемого раствора NasSOs (окисл етс  при дутье до Na2SO4); V - объем жидкости в ванне, л; 0,21 Р - движуща  сила массопереноса

кислорода в воздухе.

где Р - гидростатическое давление в жидкости на срезе сопла, атм:

6

т - врем  продувки, час. Верхнюю газовую струю подают во внешнюю относительно фурменной стенки область А всплыти  (барботажа) газов (см. фиг. 1 и 3).

Крива  1 характеризует значительное увеличение коэффициента массообмена /Соб (до 10 раз и более) по сравнению с суммой отдельных составл ющих комбинации боКОБОЙ фурмы - крива  3 и верхней фурмы - крива  4; дл  боковой фурмы по оси абсцисс отложено давление бокового дуть  - Pflt (см. фиг. 2).

Другой вариант: do 4 мм, мм, удаление фурмы 80 мм, боковое и верхнее дутье - ВОЗДУХ, отношение Po2:Poi 2:l, 1 1, Ро, 0,8 ати. При отношении Poi:Po2 2:l эффективность комбинации еще больше, чем эффективность отдельно боковой или верхней фурм (см. фиг. 2, крива  1) / 248 мм.

Пример 2. Услови  испытани :

5 мм, 02 2 мм, удаление фурмы 80 мм,

боковое и верхнее бутье - воздух, отношение , 6: 1, / 248 мм, 1 180, т. е.

Kt.

На фиг. 2 дана зависимость Ko6 f(Po2) - крива  2.

Верхнюю струю подают на внутреннюю относительно фурменной стенки область Б баоботажа газов (см. фиг. 1 и 4).

Крива  2 (см. фиг. 2) характеризует резкое снижение эффективности комбинации. Коэффициент Коб становитс  во всем диапазоне изменени  Рог не только меньше СУММЫ коэффициентов Дл  отдельных боковой и верхней фурм (кривые 3 и 4), но и снижаетс  по сравнению с оптимальными слови ми работы боковой фурмы (максимальные значени  /(„о дл  кривой 3, соответствуюпше режимам продувки, непосредственно перед поступлением «пробо  ванны при дутье через одну боковую фурму). Пример 3. Услови  испытани : doi 4 мм, ifflf, 2 мм, удаление верхней фурмы 40 мм, боковое и верхнее дутье - воздух, . Ро| 0,8 ати (const).

Крива  5 (см. фиг. 5), выражающа  зависимость (Р(й), характеризует то, что при отношении Po2.Poil 6 наступает резкий спад значений коэффициента массопереноса /С, обусловленный «прониканием верхней струи сквозь боковую струю и дополнительным сбросом верхнего газа через барботажную область (см. кривую 1), что объ сн етс  также увеличением расхода газа через верхнюю форму относительно боковой более чем на 85%.

Пример 4. Услови  испытани : rfoi 4 мм, мм, удаление верхней фурмы 40 мм, боковое и верхнее дутье - воздух, , Ро1 0,8 ати (const).

Крива  6 (см. фиг. 5) характеризует то,

что уменьшение отношени  Po2:Poi 2,

-следствие снижение импульса верхней

струи, резко уменьшает интенсивность массопереноса в ванне.

Существенно меньшие значени  /(об (см. кривую 6 и кривую 1) на участке эффективной работы комбинации объ сн ютс  уменьшением расхода газа, подаваемого через верхнюю фурму по сравнению с боковой (стремитс  к 25%), что подтверждает и это ограничение.

Зависимости степени усвоени  газов дуть  ванной в функции суммарного расхода дуть  через боковую и верхнюю фурмы выражены графически (см. фиг. 6): крива  7 (пример 1), крива  8 (пример 2), крива  11 (пример 3) и крива  12 (пример 4).

Дл  сравнени  на фиг. 6 построены значени  коэффициента дл  отдельных продувок через боковую (см. кривую 9) и верхнюю (см. кривую 10) фурмы. Крива  9 - doi 4 мм, крива  10 - doz 2 мм.

Степень усвоени  газов дуть  ванной определ етс  по формуле:

,-3

АСУж-Ю Ош,

где АС - изменение концентрации раствора;

УЖ - объем жидкости в ванне, л; Gzo, 0,21X3600XGs (полный расход дуть  воздуха, кг/час) - суммарный расход кислорода в ванну, кг/час;

т - врем  подувки, час. При оптимальном расположении верхней и боковой фурм () (см. фиг. 6, крива  14) степень усвоени  газов не только в 5 раз и более превышает значение b дл  отдельных фурм, но и существенно выше, чем сумма значений коэффициентов b дл  отдельно продуваемых верхней и боковой фурм.

Кривые И и 12 характеризуют снижение степени усвоени  газов дуть  ванной. Значение b становитс  меньше не только суммы бокового и верхнего дуть , но и меньше соответствующих значений дл  индивидуально продуваемых боковой (см. кривую 9) и верхней (см. кривую 10) фурм. Использование предлагаемого способа, например при автогенных процессах плавки сульфидного сырь , позволит снизить расход кислорода на 10% при одновременном значительном увеличении удельной производительности плавильных агрегатов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ комбинированной подачи газа в жидкую ванну, включающий подачу газов через верхнюю и заглубленную боковые фурмы, отличающийс  тем, что, с целью гидродинамической интенсификации процессов массо- и теплопереноса в ванне при повыщении степени полезного использовани  газов дуть , отношение величины давлени  верхнего дуть  к величине давлепи  бокового дуть  поддерживают равным от 2:1 до 6: 1, при расходе верхнего дуть , равным 15%-85% от расхода газа вдуваемого через боковую фурму, а место ввода верхнего дуть  определ ют по формуле:

   / .. (1,8- 2,8)rf., , РЖЙО /

   где / - рассто ние от ф)фменной стенки

   ванны до оси верхней фурмы, мм; / - дальнобойность боковой струи, мм; dot - диаметр проходного сечени  боковой фурмы, мм;

   р2 - плотность газов дуть , voi - скорость истечени  газа, м/сек; g - ускорение силы т жести, м/сек ; РЖ - плотность расплава, кг/м. Источники информации,

   прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 194316, МКИ С 22В 15/00, 1967.

   KQ MajVoiiiac amn

   Pp M/iJ

   aff, MOflbliiacФиг ,3

   ш.

   . .a.-nu

   го

   r 0, кг/Сек

   fan