The characteristic cavity size in basic oxygen steelmaking converter

El tamaño característico de la cavidad en el convertidor básico de oxígeno para acería

Es importante comprender la interacción física entre el chorro de oxígeno soplado desde arriba y el baño líquido en los hornos básicos de oxígeno (BOF). En el presente estudio, se llevaron a cabo experimentos con modelos en frío para investigar la profundidad y el diámetro de la cavidad. Se capturaron imágenes de las cavidades mediante una cámara de vídeo de alta velocidad para estudiar el rendimiento de las cavidades. Los resultados experimentales muestran que la profundidad del baño tiene poca influencia en la forma de la cavidad y en el flujo crítico del chorro. La profundidad y el diámetro de la cavidad muestran un crecimiento lineal al aumentar el caudal del chorro con una altura de chorro fija. Con el mismo caudal de gas, el diámetro de la cavidad tiene poca relación con el diámetro de la tobera, pero la profundidad de la cavidad se hace mayor con la disminución del diámetro de la tobera.

INTRODUCCIÓN

En el convertidor siderúrgico, el chorro de oxígeno de soplado superior de la lanza de oxígeno porosa forma una cavidad en la superficie del baño líquido [1]. La cavidad está compuesta por metal inmiscible (más pesado) y escoria (más ligera con un volumen mucho menor), lo que provoca la salpicadura de gotas de diferentes tamaños. La cavidad es una de las partes principales de las reacciones clave de refinado, como la descarbonización [2-3]. El tamaño de la cavidad se ve afectado principalmente por las variables relacionadas con el caudal de gas y la altura de la lanza, que determina la mezcla del baño fundido y controla la mayoría de las reacciones químicas y la formación de escoria [4]. Por ejemplo, cuanto mayor sea la superficie de la cavidad, mayor será la tasa de oxidación de la descarburación. Por lo tanto, estudiar la cavidad en el sistema de flujo bifásico gas-líquido adecuado para la fabricación de acero convertidor es propicio para mejorar el rendimiento del convertidor y tiene mayores beneficios económicos en la producción real.

Banks y Chandrasekhara fueron los pioneros en realizar investigaciones exhaustivas sobre el tamaño de la cavidad (profundidad, anchura y altura del labio periférico) mediante análisis de estancamiento-presión y peso desplazado y, a continuación, propusieron los resultados adimensionales con verificación experimental [5]. Después del trabajo de Banks y Chandrasekhara, se han llevado a cabo extensos estudios experimentales para estudiar el tamaño de la cavidad causada por el chorro que impacta en la superficie del líquido [6-8].

En los comportamientos de superficie líquida impactada, la salpicadura de gotas es también un fenómeno fascinante que atrae amplios estudios. La expulsión de la fase líquida por salpicadura es una cuestión importante en el proceso de fabricación de acero al oxígeno. La salpicadura de gotas que acompaña a la cavidad de penetración inestable genera la emulsión de metal/escoria/gas, pero también provoca la salpicadura de metal y escoria del recipiente en la BOF.