Optimisation of Steel Desulphurisation by Lime Powder Injection by Numerical Simulations

Zusammenfassung

Diese Arbeit konzentriert sich auf die numerische Simulation der Entschwefelung von Stahl mit Hilfe einer Turbokalk-Einblasung. Dabei werden sowohl der partikelbeladene Gasstrahl als auch zusätzliches Spülgas in Euler'scher Betrachtungsweise simuliert. Zusätzlich wird zwischen den Turbokalk-Partikeln und dem im Stahl gelösten Schwefel eine heterogene Phasengrenzreaktion berücksichtigt. Darüber hinaus wird die Entschwefelung auch durch den permanenten Phasenkontakt mit der reaktiven Schlacke beeinflusst. Mithilfe dieses makroskopischen Simulationsmodells kann die globale Entschwefelungsrate in Abhängigkeit der Lanzen- und Spülsteinkonfiguration abgeschätzt werden. Im Falle einer positiven Überprüfung durch Anlagenversuche könnte so die Positionierung der Spülsteine oder der Betrieb der Entschwefelungsanlage optimiert werden. Da es zur Zeit aber noch viele Modellunsicherheiten gibt, wird in einem zweiten Teil dieser Arbeit versucht, mit dem initialen Impuls der eingeblasenen Partikel einen Teilaspekt vertiefend zu betrachten. Durch analytische Überlegungen kann nachgewiesen werden, dass dieser Anfangsimpuls einen großen Einfluss auf die Eindringtiefe des partikelbeladenen Gasstrahls hat. In einem fortführenden Projekt wird versucht, mit speziellen Einblaseversuchen das makroskopische Modell zu verbessern bzw. zu untermauern.

Summary

This paper focuses on the simulation of steel desulphurisation by lime powder injection. Thereby, the particle laden plume as well as additional gas stirring plumes are modelled by an multifluid Eulerian method. In addition, a transitional heterogeneous reaction is assumed to happen between the rising lime particles and the dissolved sulphur. Furthermore, a permanent reaction mechanism is defined at the metal-slag interface. With help of these macroscopic simulations the desulphurisation performance of a given ladle-lance-stirrer configuration can be estimated. Once the simulations are calibrated by steel plant experiments, these simulations should be able to hint to possible geometrical or operational improvements. Nevertheless, since a sound validation of the macroscopic simulation tool is not feasible many modelling uncertainties remain. Therefore, in a second part this paper focuses on the detailed modelling of the initial momentum of the injected powder which is critical for the powder penetration depth. In this context dedicated experiments are performed in order to substantiate the boundary conditions of the macroscopic simulations.