Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в кислородно-конвертерных цехах отрасли главными факторами, обеспечивающими рост стойкости футеровки конвертеров, являются применение специальных дорогостоящих магнезиальных флюсов для формирования конечного шлака с повышенными гарнисажными свойствами, способ и конструкция фурмы для нанесения шлакового гарнисажа на футеровку агрегата. В тоже время пока не удается в полной мере обеспечить стабильность результатов и повышение эффективности гарнисажных технологий в продлении кампании конвертеров по сравнению с достижениями зарубежной металлургической практики. Возможным выходом из создавшегося положения является разработка новых ресурсо- и энергосберегающих технологий нанесения шлакового гарнисажа и огнеупорных покрытий на периклазоуглеродистую футеровку конвертера с применением недефицитных магнезиальных шлакообразующих материалов и специальных фурменных устройств.
В таких условиях актуально, с одной стороны, проведение в новых направлениях теоретических и экспериментальных исследований механизма явлений, сопровождающих процессы раздельного или совместного формирования шлакового гарнисажа и торкрет-покрытий на футеровке конвертера, а с другой – практическое использование полученных результатов для создания новых технологий повышения стойкости футеровки и специальных конструкций торкрет-гарнисажных фурм для их реализации.
Выполнение работы связано с планами хоздоговорных научно-исследовательских работ Сибирского государственного индустриального университета (СибГИУ), в том числе по Государственному контракту на выполнение научно-исследовательских работ в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.»
Цель и задачи исследований. На основе выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований разработать новые ресурсо- и энергосберегающие технологии продления срока службы футеровки агрегатов и фурменные устройства для их реализации.
Задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:
установить гидрогазодинамические и тепломасообменные
закономерности формирования шлакового гарнисажа на футеровке конвертеров при газовой и (или) газопорошковой раздувке шлака и факельном торкретировании с использованием обычных и карбонатных торкрет-масс;
разработать на основе данных физического и численного моделирования новые конструкции газоохлаждаемых гарнисажных фурм, приспособленных для ошлакования футеровки конвертеров и нанесения торкрет-покрытий;
разработать ресурсо- и энергосберегающие технологии увеличения стойкости футеровки кислородных конвертеров с использованием предложенных конструкций гарнисажных фурм.
Методы исследования. В работе использованы разработанные методики физического и численного моделирования, позволяющие путем химического и
физического анализа проб металла и шлака, замера температуры ванны, фиксации видеосъемкой макрофизических явлений получить достоверную информацию относительно физико-химических, гидрогазодинамических и тепломасообменных процессов, протекающих при нанесении торкрет-покрытий и шлакового гарнисажа на футеровку конвертера.
Научная новизна.
-
Разработана методика инженерного обоснования определяющих параметров раздувки конвертерного шлака и факельного торкретирования с целью формирования высокостойкого гарнисажа на футеровке агрегата;
-
Установлен механизм и эффективные гидрогазодинамические режимы нанесения гарнисажа за счет организации направленного брызговыноса шлака, в том числе с частицами огнеупорного материала, на поверхность футеровки конвертера за счет продувки шлаковой ванны газопорошковыми струями;
-
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность одновременного ошлакования и факельного торкретирования футеровки конвертера с использованием торкрет-массы на основе необожженных магнезиальных шлакообразующих материалов.
-
С использованием данных физического моделирования и опытно-промышленных плавок получило дальнейшее развитие численное моделирование гидрогазодинамических и тепломассопереносных процессов, сопровождающих нанесение шлакового гарнисажа и торкрет-покрытий на футеровку конвертеров.
Практическая значимость работы.
1. Разработаны и переданы к промышленному внедрению новые ресурсо- и
энергосберегающие технологии и фурменные устройства для увеличения
стойкости футеровки 350-т конвертеров ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно
Сибирский металлургический комбинат» (ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК») нанесением
шлакового гарнисажа посредством:
раздувки азотными струями конечного шлака и факельного торкретирования торкрет-массами на основе необожженных магнезиальных шлакообразующих материалов с использованием газоохлаждаемой торкрет-гарнисажной фурмы;
газопорошковой раздувки конечного шлака азотными струями, несущими во взвешенном состоянии необожженные магнезиальные материалы, с использованием газоохлаждаемой гарнисажной фурмы;
2. Научные результаты работы внедрены в практику подготовки студентов по
направлению «Металлургия» ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный
индустриальный университет», что подтверждено актом о внедрении результатов
научно-исследовательских работ в учебный процесс.
Автору принадлежит: постановка задач теоретических и экспериментальных исследований; проведение теоретических, лабораторных и промышленных экспериментальных исследований совместно с сотрудниками кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и работниками сталеплавильного производства ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»; обработка и обобщение результатов
исследований, анализ и научное обоснование результатов работы; формулировка выводов и рекомендаций.
Апробация результатов диссертации. Результаты приведенных в диссертации исследований доложены на следующих конференциях: на XIII Международной научно-технической конференции «Теория и практика сталеплавильных процессов» (г. Днепропетровск, 2008 г.), Всероссийских научно-практических конференциях «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество» (г. Новокузнецк, 2012, 2013 гг.), Международной научно-технической конференции «Научное наследие роли И.П. Бардина в развитии отечественной металлургии» (г. Москва, 2013 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованных источников из 146 наименований, 2 приложений и содержит 134 страницы машинописного текста, 33 рисунка, 4 таблицы.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности ВАК 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов по п. 7 «Тепло- и массоперенос в низко- и высокотемпературных процессах», п. 17 «Материало- и энергосбережение при получении металлов и сплавов», п. 20 «Математические модели процессов производства черных, цветных и редких металлов».
Похожие диссертации на Разработка и совершенствование конструкций гарнисажных фурм и технологии нанесения шлакового гарнисажа и торкрет-покрытий на футеровку конвертеров
