Предложена математическая модель тепловой работы боковой фурмы в конвертерах комбинированного дутья, позволяющая с использованием ПЭВМ исследовать влияние расходов газов, их температур, типа огнеупорного материала, особенностей конструкции дутьевого устройства на возможность снижения градиента температур по сечению боковой фурмы в различные периоды процесса конвертирования путем варьирования указанных параметров.

Предложена математическая модель термонапряженного состояния фурменного блока боковой фурмы топливно-кислородного дутья, позволяющая оценить поле температурных напряжений, возникающих в теле огнеупора по ходу конвертерного передела в любой его момент. С использованием численного моделирования исследованы условия "термонагружения" боковых дутьевых устройств в различные периоды конвертерного передела и выявлено влияние различных факторов на величину этих напряжений. Даны рекомендации, позволяющие повысить стойкость боковых конвертерных фурм.

Проведено физическое моделирование дутьевого режима на гидродинамику ванны при продувке сверху с использованием перегретого пара, в том числе в условиях электрических воздействий. Результаты опытов сопоставлены с данными, полученными при продувке азотом. Выявлены особенности передачи электрического тока ванне при использовании переменного тока промышленной частоты и постоянного тока двух полярностей.

Разработана инженерная методика для проведения экспериментальных исследований гидродинамики течения охладителя в наконечниках кислородных фурм сталеплавильных агрегатов и выполнены замеры скоростей и потерь давления охладителя в натурных наконечниках фурм 160-т кислородных конвертеров.

Приведены результаты экспериментальных исследований, получены зависимости, характеризующие заключительный этап продувки конвертерной плавки при производстве низкоуглеродистых марок сталей.

Наведено результати теоретичних досліджень гідродинамічних процесів у багатофазному середовищі, що перебігають у порожнині конвертера під час продування розплаву за допомогою верхньої багатосоплової фурми. Вперше створено квазітривимірну математичну модель динаміки багатофазного середовища в порожнині конвертера під час продування через багатосоплову фурму, в якій враховано тривимірну геометрію задачі. Створено відповідне програмне забезпечення, яке реалізує побудовану математичну модель та дозволяє проводити числові експерименти з різними значеннями технологічних параметрів. Розроблено модуль, який реалізує метод реконструкції сіткових поверхонь "Marching Cubes", з метою побудови ізоповерхонь розрахункових величин. За допомогою створеного програмного забезпечення проведено ряд числових експериментів. Вперше створено тривимірну математичну модель динаміки багатофазного середовища в порожнині конвертера у разі продування через багатосоплову фурму, в якій враховано тривимірну геометрію задачі та, на відміну від квазітривимірної моделі, рівняння руху розв'язуються в повній тривимірній постановці. Запропоновано відповідне програмне забезпечення та проведено ряд числових експериментів. Проведено детальний порівняльний аналіз результатів числових експериментів і встановлено, що кількість часу, який використовується на розрахунки за допомогою квазітривимірної та тривимірної математичних моделей, значно відрізняється. Показано шляхи вдосконалення запропонованої тривимірної математичної моделі.

Проведен анализ влияния режимных параметров истечения (полного перепада давлений, избыточного импульса, расхода и др.) из сопел фурм и геометрии последних на изменение глубины внедрения дозвуковой струи с естественной начальной степенью турбулентности и сверхзвуковой струи в условиях истечения без эффекта обратной акустической связи в расплав из сопел с различными числами Маха и углами между образующей и осью сверхзвуковой расширяющейся части сопла, на различных расстояниях от поверхности ванны и толщины слоя шлака. Получены соответствующие зависимости, которые практически совпадают с экспериментальными данными, полученными как на моделях, так и на натуре.

Цель работы - изучение особенностей формирования металлической фазы в шлаке в процессе продувки металла в конвертере, в том числе в условиях наложения низковольтного электрического потенциала на сталеплавильную ванну. Проведены промышленные эксперименты в 160-т конвертерах, отбор проб металла и шлака по технологическим периодам продувки плавки, анализ фракционного и химического состава металлической части шлака, аналитико-графическая оценка результатов экспериментов. Анализ фракционного состава корольков подтвердил наличие различных механизмов их поступления в шлаковый расплав: за счет газодинамического разбрызгивания кислородной струей и выносимых капелек металла с пузырьками CO. Показано позитивное влияние низковольтного потенциала на снижение количества корольков в шлаке, а также что подвод отрицательной полярности потенциала к фурме в наибольшей степени снижает общее количество корольков в шлаке, повышая при этом долю крупных капель, способных вернуться в металл. Установлено, что при достижении содержания углерода в металлическом расплаве уровней 0,25; 0,5 и 0,8 % изменяется соотношение скоростей окисления углерода в пределах корольков и в основной массе сталеплавильной ванны, что, вероятно, связано со структурными изменениями, происходящими в металлическом расплаве. Практическая значимость определена разработкой эффективных ресурсосберегающих вариантов технологии конвертерной плавки на базе полученных в промышленных условиях новых научных и технологических результатов, позволяющих минимизировать потери металла с корольками.

Наведено результати стендових досліджень з оцінки кількості іонів (за величиною сили іонного струму), що формуються у разі високовольтної активізації газових струменів, що містять кисень, за їх подачі через кисневу фурму. Встановлено, що у процесі активізації на зрізі сопла фурми утворюється кистьовий розряд, а всередині фурми на електроді - тліючий розряд, що сприяють формуванню у потоці газу заряджених частинок кисню - іонів позитивного й негативного знаку, сила струму яких має яскраво виражену експонентну залежність від відстані до джерела їх утворення (електрода) не залежно від тиску газу або рівня вмісту в ньому кисню. Виявлено, що заглиблення електроду на величину 10 мм сприяє максимілізації значень іонного струму на близьких відстанях до зрізу сопла. А у разі активізації кисневого потоку кількість іонів на початковій ділянці струменя в 4 - 5 разів більше, ніж у разі активізації повітря за однакового продувного тиску, що, ймовірно, пов'язано з кількістю кисню у продувному газі, який перетворюється в іони.

Висвітлено проблеми розробки нової енергоефективної технології комбінованої продувки конвертерної ванни киснем зверху та нейтральним перемішуючим газом через днище із застосуванням багатоярусної кисневої фурми. Уперше з використанням високотемпературного моделювання отримано раніше невідому інформацію щодо гідрогазодинамічних і тепломасообмінних процесів, що відбуваються на поверхні конвертерної ванни під час продувки через нову конструкцію триярусної фурми групою надзвукових і двома групами звукових кисневих струменів, що формуються 4-ма соплами Лаваля і 8-ма циліндричними соплами дворядного наконечника та верхнім 8-ми сопловим блоком відповідно за різного рівня спіненої шлакометалевої емульсії. За результатами високотемпературного та термодинамічного моделювання доведено, що за умови запобігання високотемпературному впливу факелів допалювання на футерівку та зменшення заметалювання стовбура фурми та горловини конвертера є більш ефективним допалювання монооксиду вуглецю у навколофурменому "свищовому" каналі, з формуванням на шляху вихідних з меж реакційної зони потоків монооксиду вуглецю та металевих крапель зустрічно спрямованої подвійної завіси звукових кисневих струменів з розширенням в них областей зі швидкістю від 5 до 12 м/с. Науково обґрунтовано й експериментально підтверджено новий спосіб комбінованої продувки конвертерної ванни з використанням триярусної фурми, що забезпечує інтенсифікацію шлакоутворення та видалення фосфору, зниження витрат чавуну та шлакоутворювальних матеріалів, підвищення ефективності допалювання відхідних газів із запобіганням локального зносу футерівки й інтенсивного заметалювання стовбура фурми й горловини конвертера. Розроблено й обґрунтовано методику розрахунку основних конструктивних параметрів триярусної фурми. Для умов роботи 160-т конвертерів ПАТ "МКР" виготовлено та запропоновано до впровадження робочі креслення нової конструкції триярусної фурми та технологічні рекомендації з дуттєвого та шлакового режимів ведення комбінованої продувки конвертерної ванни з її використанням.