Mixing Time and Decarburization Reactions in Side-blown Metallurgical Converters

Paper 3 of the thesis is published after the posting of the thesis, but before the defence as: https://doi.org/10.1007/s11663-023-02971-6

QC 20231205

Abstract

AOD konvertern, känd för sin intensiva gasomrörning och turbulenta natur, ställer komplexautmaningar inom fluidmekanik och termodynamik. Modellering har spelat en betydande roll iutvecklingen av metallurgiska konvertrar, särskilt för att förstå jetbeteende, omrörning, flödesmönsteroch kemiska reaktioner. Flödesegenskaper och omrörningstid betraktas som avgörande faktorer somförbättrar effektiviteten och kolfärskningshastigheten i metallurgiska reaktorer. Men enligtförfattarens kännedom har ingen tidigare studie undersökt effekten av omrörningstid på kolfärskning.Även om de flesta studier föreslår att en minskning av omrörningstiden är fördelaktig, är det rimligtatt anta att det kan finnas en punkt där ytterligare minskning av omrörningstiden inte leder till enökning av reaktionshastigheten. Justeringar som att luta konvertern eller omplacera dysorna kanförbättra kolfärskningseffektiviteten genom att ändra tryckförhållandena och omrörningen. Måletmed denna studie är att utforska hur dessa faktorer påverkar kolfärskningsreaktionen i sidoblåstakonvertrar genom modellering. Arbetet har utförts i flera steg med olika tillägg.Experiment med vattenmodeller av sidoblåst gas utfördes för att undersöka hur en lutning avbehållaren skulle påverka omrörningstiden. Resultaten visade tydligt en ökning av omrörningstidennär högre lutningsvinklar (14°) användes. Dock kunde studier av icke-reaktiva vattenmodeller bara geinsikt om omrörningseffektivitet och inte ge information om hur effektiv kolfärskningen är.En numerisk modell som kan integrera mass- och värmetransport med kemiska reaktioner vid högatemperaturer utvecklades för att hjälpa till med denna undersökning. Först tillämpades modellen påen stigande gasbubbla i smält stål. Effekten av trycket undersöktes genom att injicera bubblan på olikabadnivåer. Det visades att en enkel bubbla injicerad vid dys positionen under industriella förhållandeninte kolfärskade effektivt, utan löstes in i stålet. Endast trycknivåer vid badytan kunde behålla gasensom en stabil fas och kolfärska effektivt.Med hög upplösning på beräknings celler krävde modellen mycket tid för att beräkna jämvikt lokalt ivarje cell med gas och vätska närvarande. Därför användes ett mer praktiskt tillvägagångssätt för attstudera AOD-konvertern, som visade bra överensstämmelse med det första färsknings stegetgentemot två industriella charger. Det visades att med grova lösningar inom beräkningsfluidmekanikkunde modellen vara praktisk men grundläggande. Resultaten visade även att Ingen kromoxidationhittades i en av omgångarna i början av processen när den initiala kolhalten var hög. Trendernajämfördes med en industriell online-processmodell och visade liknande beteende.Med ytterligare utveckling testades modellen med olika behandlingar av termodynamisk koppling,inklusive reaktioner begränsade av turbulens i en intensivt omrörd sidoblåst reaktor. Omrörningstidenvisade sig ha en obetydlig effekt på kolfärsknings hastigheten; istället styrdes systemet avtermodynamik och gasleveranshastighet.Sammanfattningsvis utvecklades en generell modell i detta arbete som kan koppla samman kemiskareaktioner med fluiddynamiska beräkningar. Användningen av denna modell ledde till slutsatsen atten lutning av behållaren inom praktiska driftsvinklar inte skulle gynna färskningshastigheten i detidiga stadierna av kolfärskning. Med ökade omrörningstider och små tryckvariationer från sänktbadnivå skulle fördelarna med kolfärskning vara små jämfört med de tekniska utmaningar somsådana förändringar medför. Även omplacering av dysan skulle kräva stora och opraktiskahöjdskillnader för att uppnå den trycksänkning som behövs för att gynna termodynamiken.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-339867