Идея организации дутья в пульсационном режиме заключается в предположении, что скорость взаимодействия газов и сталеплавильной ванны может быть увеличена в результате периодического изменения газодинамической структуры потоков, участвующих в процессе. Практически это достигается в результате прерывания потоков газа с высокой частотой, т. е. обеспечения пульсаций скоростей потока. Работу в этом направлении ведет группа сотрудников МИСиС под руководством проф. А. В. Явойского. Создан ряд конструкций дутьевых устройств, успешно опробованных НПО «Тулачермет», НТМК, ЗСМК и др.
Пульсирующий поток газов снижает величину не перемешиваемого газового слоя, покрывающего тела при омывании их потоком газа, увеличивая интенсивность массо- и теплообменных процессов, образующиеся при пульсациях газа каверны облегчают условия образования новой фазы, интенсифицируют процесс перемешивания ванны. Процесс шлакообразования, связанный с использованием извести, сопровождается образованием тугоплавкого моносиликата кальция (CaО)2·SiО2 с температурой плавления ~2130 °С, слой которого толщиной до 0,100 мм препятствуетрастворению извести в шлаке. При продувке ванны пульсирующим потоком кислорода резкие знакопеременные перемещения шлака относительно кусков извести способствуют разрушению этого слоя и, следовательно, ускорению шлакообразования.
С первых же минут продувки при использовании пульсирующего дутья в шлаке отмечается более высокая концентрация растворившегося СаО, более высокая концентрация Р2О5 и более низкая—оксидов железа.
На рисунке 1 показано как изменяются составы металла и отходящих газов. Видно, что переход на работу с пульсирующим дутьем не только ускоряет процессы окисления примесей, но и улучшает условия окисления СО до СО2. Переход на пульсирующее дутье особенно эффективен в случаях, когда важно интенсифицировать процессы на межфазной границе. Это особенно четко проявилось в случае переработки ванадий содержащих чугунов. Особенность переработки таких чугунов заключается в том, чтобы в первый же момент продувки обеспечить максимальный переход (окисление) ванадия из чугуна в шлак при минимальном остаточном содержании ванадия в металле. Количество шлака при этом должно быть минимальным для обеспечения возможно более высокого содержания в шлаке оксидов ванадия, что важно при последующей его переработке для получения феррованадия. В присутствии углерода ванадий становится поверхностно-активным. При продувке металла пульсирующим дутьем остаточное содержание ванадия в металле уменьшается до 0,01 — 0,02% (при обычном дутье 0,03—0,04 %), а содержание V2O5 в шлаке возрастает до 22,4—25,2 % (обычно 19,3—22,0 %). Положительные результаты получены также при переработке
низкомарганцовистых чугунов, так как применение пульсирующего дутья обеспечивает ускорение шлакообразования (обычно уменьшение содержания МnО в шлаке при переработке низкомарганцовистого чугуна несколько замедляет процесс шлакообразования).
Рисунок 1 — Изменение объемного состава отходящих газов ( О2, СО, СО2) и содержания фосфора и серы в металле при продувке в конвертере непрерывным ( 1 ) и пульсирующим ( 2 ) с частотой 525Гц потоком кислорода (τ — время продувки)
Положительные результаты получены также при переработке низкомарганцовистых чугунов, так как применение пульсирующего дутья приводит к ускорению шлакообразования.
Накопленный опыт применения пульсирующего дутья в конвертерном процессе показал, что при переходе на этот режим:
- ускоряется шлакообразование и более полно используются вводимые шлакообразующие;
- уменьшаются пылеобразование и потери железа с пылью;
- более полно используется кислород и возрастает скорость окисления примесей;
- наблюдается более полное и глубокое извлечение таких примесей, как ванадий;
- в результате улучшения условий шлакообразования обеспечивается более ранний и полный переход фосфора в шлак;
- ускоряется процесс обезуглероживания.