Инжекционные установки в металлургии
Одно из перспективных направлений в металлургии, получившее в последнее время широкое распространение, – инжекционные технологии, используемые как для обработки расплавов порошкообразными материалами, так и для торкретирования* теплотехнических агрегатов.
Известно, что большинство металлургических процессов осуществляется на границе раздела фаз. Скорость этих процессов определяется суммарной поверхностью контакта. Интенсификация перемешивания металла, шлака и газа значительно ускоряет прохождение физико-химических реакций.
Наибольший эффект достигается при одновременном ускорении потоков расплава и увеличении удельной поверхности реагирующих фаз. Что и происходит при использовании инжекционных технологий.
Вдувание порошкообразных материалов в расплав металла в струе газоносителя показало высокую эффективность этого метода.
Его используют для дефосфорации, десульфурации, раскисления и легирования стали, ускорения шлакообразования, а также науглероживания металла. Кроме того, инжектирование огнеупорных порошков может применяться для торкретирования футерованных поверхностей металлургических агрегатов.
Успешное применение инжекционных технологий во многом зависит от применяемого инжекционного оборудования, обеспечивающего процесс.
В 1970‑80-е годы в нашей стране проводились работы по внедрению скоростного науглероживания металла на Петровск-Забайкальском, Омутнинском, Златоустовском, Алапаевском, Верх-Исетском и Ижевском металлургических заводах.
При этом использовались пневмонагнетатели, изготовленные на этих же предприятиях. Создание установок проводилось без надлежащих научно-технических и конструкторских исследований, проработок и расчетов, что в большинстве случаев приводило к нестабильной работе оборудования и закупорке материалопроводов. В основном вследствие этого перспективный метод обработки металла не получил в нашей стране широкого применения.
В то же время за рубежом в эти же годы развивались работы по инжекционным технологиям, особенно по совершенствованию конструкций установок для вдувания порошков. Это привело к успешному развитию этого направления в Германии, Австрии, Америке и других странах и способствовало интенсификации металлургических процессов, улучшению качества металла и увеличению срока службы плавильных агрегатов в этих странах.
С середины 1990-х годов на металлургических заводах «Серп и Молот» (г. Москва), АООТ «РММЗ» (г. Ревда Свердловской области) при участии ИМет УрО РАН были использованы зарубежные инжекционные установки германских фирм «Stein Industrie-Anlagen» и «Velco».
В 1999‑2000 гг. Институтом металлургии УрО РАН был выполнен международный проект «Внедрение инжекционных технологий на металлургических заводах Урала». В результате изучения опыта использования инжекционных технологий на металлургических заводах Европы, а также исследовательских работ по вводу в расплав различных порошкообразных материалов было рекомендовано продолжить работы по оснащению металлургических заводов отечественными инжекционными установками.
В связи с этим возникла необходимость в создании такого инжекционного оборудования, которое, не отличаясь от зарубежных аналогов качеством, надежностью и долговечностью, соответствовало бы условиям эксплуатации на отечественных металлургических предприятиях и одновременно было значительно дешевле импортного.
Сотрудниками ИМет УрО РАН совместно с ОАО «ВНИИМТ» и созданным в 1999 г. ООО «Новые технологии в металлургии» были проведены экспериментальные, расчетно-аналитические и конструкторские работы по исследованию аэродинамики пылегазового потока в системах инжекционной металлургии, влиянию режимных и конструктивных факторов на интенсивность вывода сыпучих материалов из пневмомеханического питателя.
В результате проведения НИОКР были выделены основные параметры пылегазового потока в системах инжекционной металлургии:
1. В качестве определяющей режим течения газовзвеси была выделена величина – скорость взвесенесущего газа.
2. Одной из основных характеристик двухфазного потока является массовая концентрация смеси, представляющая отношение массового расхода порошка к массовому расходу газа. При этом для продувки металла используют газопорошковые смеси с отношениями массовых расходов порошка к газу от 2 до 60 кг/кг.
3. Критическая скорость пневмотранспорта является главным параметром, от которого зависит надежность работы всего продувочного устройства.
Одним из основных и определяющих факторов успешной работы инжекционного оборудования является правильный выбор типа камерного нагнетателя.
В настоящее время для инжекционных технологий используются два их типа: аэрационный и пневмомеханический.
Камерные нагнетатели аэрационного типа используются для заглубленной инжекции порошкообразных материалов и частично для торкретирования. В последние годы в мире широкое распространение получили камерные нагнетатели пневмомеханического типа, применяемые как для торкретирования футерованных поверхностей, так и для незаглубленной инжекции порошкообразных материалов в расплав металла.
Такие нагнетатели являются наиболее подходящей конструкцией, соответствующей условиям отечественного металлургического производства, отличаются простотой и надежностью в эксплуатации, широким диапазоном применения.
В результате научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в качестве камерного нагнетателя для инжекционной металлургии была выбрана конструкция пневмомеханического типа.
Этот тип нагнетателя оснащен тарельчатым дозатором, установленным в горизонтальной плоскости нижней части рабочей камеры.
Дозатор имеет лопастное колесо с ячейками, его скорость вращения регулируется электродвигателем, оборудованным частотным преобразователем.
В 2001 году в мартеновском цехе ЗАО «НСМЗ» была пущена в эксплуатацию первая инжекционная установка НТМ-01‑2 для вдувания порошкообразных материалов в расплав металла мартеновской печи с дальнейшим проведением работ по внедрению и освоению технологии науглероживания металла.
В 2002 году в конвертерном цехе ОАО «НТМК» проведены испытания и пущена в эксплуатацию инжекционная установка НТМ-01‑4 по торкретированию патрубков циркуляционного вакууматора. Для внутреннего торкретирования патрубков вакууматора была разработана, изготовлена и внедрена в производство новая конструкция рассеивателя потока торкрет-массы с возможностью регулирования угла рассеивания с 30 до 360 градусов. В результате внедрения установки стойкость футеровки патрубков циркуляционного вакууматора значительно увеличилась.
*Торкретирование – метод бетонных работ, при котором смесь послойно наносится на поверхность под давлением сжатого воздуха (БСЭ).
Источник: Энергетика и промышленность России