钢包钢包底吹氩实验设计方案

钢包钢包底吹氩实验案

1吹氩精炼的影响因素

氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间等因素有关。

1.1吹氩量

搅拌气体进入熔池时，首先在喷嘴上形成气泡。在气流动能的推动下到液相中，分散成无数的小气泡而上浮，同时在高温钢水中气体被加热而膨胀，从而产生了强烈的搅拌作用。随着吹气量的增加，搅拌强度增大，而吹气量的增加是有一个I临界值的，如果吹气量超过某一临界值，吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓的贯穿流，容易引起钢水发生喷溅，造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液部。造成对钢液的污染。另外当吹氩量偏低时，就限制了氩气的精炼作用，从而使氨气的脱氧、去气和保护钢水的作用都得不到充分发挥。吹入气量是与吹气压力、吹气喷嘴结构等因素有关，可由试验决定。在生产常根据不冲破钢包渣层裸鼹钢水为原则来确定吹气量和压力。

1.2氩气压力

氩气的压力大，搅动力也大，气泡上升速度快，但压力过大时，氩气流涉及围越来越少，氩气泡与钢液的接触面减小，而且如压力过大时，气体会迅速地冲出钢液，要冲破钢液上覆盖的渣层，使钢液受到大气的氧化，对精炼效果反而不利。为此要求吹入的氩气压力不要太大，一般以能克服钢液的静压力，刚好能在透气砖表面上

形成气泡为合适。如钢液深，刚所需的氢气压力大，反之，所需氩气压力小。理想状态是使氩气流遍布全钢包，增加接触面积和延长氩气流上升的流程和时间。1.3吹氩时间

目前，普遍认为吹氩时问不宣太长，否则钢液温度下降太多，且由于耐材受冲刷而使非金属夹杂物出现率增加，但吹氩时间不足，气体及非金属夹杂物不能很好地去除，吹氩效果不明显。所以必须根据现场实际生产情况，以及要达到的精炼效果，从而确定合适的吹氩时间。

2实验原理

物理模拟的理论基础是相似原理。应用相似原理建立模型和进行实验时，必须保证两系统几相似、物理相似。对于钢包底吹氩系统来说，引起体系流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力，因此保证模型与原型的修正弗德准数相等，就能基本上保证它们的动力相似，根据这一原则，选用修正的Fr’,就可以确定模型中吹气量的围。

钢包底吹氩精炼的物理模拟采用水模型实验，用水模拟钢液，空气模拟氩气。

3实验参数的确定

3.1 钢包底吹氩工艺参数

钢包主要工艺参数为：

表1 钢包主要参数表

钢包容量/T

钢包底部径/mm

钢包顶部径/mm

钢包高度/mm

3.2水模型的建立

模型的几尺寸，格按照( )的模型与原形比例制作。钢包采用有机玻璃制作，用空气来代替氩气。底部喷嘴用小的气室来代替，空气由空压机通过橡胶管吹入气室。气体在气室混合均匀后由喷嘴吹入。钢包原型与水模型物理参数如下表

表2原型与模型的主要物理参数

3.3喷吹流量的计算

试验中用水来代替钢液，用空气来代替氩气。由(2--1)、(2--2)可得：

式中：

λ一模型与原型的比例( )

ρAr一氩气密度，常温下为1.55 kg／m³

ρ空一空气密度，常温下为1.25kg／m³

ρ水一水的密度，常温下为1.00×l03 kg／m³

ρ钢—钢液密度，1660℃时为7.00×103 kg／m³

代入(2-3)可求得：Qm=

模型中吹气量为实际中的倍。

4实验案设计

4.1工艺参数的影响

（1）喷吹气体流量的影响

钢包的流动主要是由底部透气元传喷吹的氩气，在钢液中形成氩气泡，气泡上浮而引起钢液的搅动，然后气泡从钢液面逸出。随着吹气量增大，搅拌越强烈。气泡

在上浮过程中带动夹杂的上浮，搅拌越强上浮越充分，但当吹气量过大，渣层可能以液滴形式被卷入钢液而形成夹渣。所以必须优化调整台理的工艺参数。

（2）底吹氩透气元件的布置

研究表蹲，对于100t以上大钢包，多采用单喷嘴喷吹和两喷嘴喷吹的模式。两喷嘴

喷吹，喷嘴夹角多为90。或180。。喷嘴距离中心半径r与钢包底面半径R之比r ／R多为0.4-0.7不等。研究表明，喷嘴靠近包壁，搅拌效果较好，但太靠近钢包壁，包村因冲刷所受的侵蚀则越重。透气砖应在0.4R至0.7R围安装。

4.2实验评价指标

通过优化吹气量以及喷嘴的布置，达到提高钢包搅拌能的功效。但试验中，直接测量搅拌能较为困难。依照参考文献，取混匀时间与比搅拌功率的关系：

因此，可用混匀时间来简洁判定钢液的搅拌能力，混匀时间越短，对钢液搅拌能力越强。

4.3实验案

在钢包底部沿直径向选择了两个不同位置安装喷，喷到底部中心间距分别为1/2R、2/3R。实验中采用了五中种式进行吹气搅拌，分别为单喷吹、等半径双喷吹夹角为90°、等半径双喷吹夹角为180°、不等半径双喷吹夹角为90°和不等半径

双喷吹夹角为180°。改变送入气量的大小，测出混匀时间，挑选最佳的喷嘴布置式及气量。

表3 实验中吹氩量的选择

注：Q’--生产实际底吹气体流量，Q一实验底吹气体流量，Q=O.0139Q’

喷嘴布置案：

(1)单喷嘴模式

采用一个喷嘴底吹气搅拌，喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R、2/3R。两种不同的式(简称1/2R和2/3R)均采取l～6个气量进行喷吹,测出混匀时间。(2)等半径双喷嘴模式(夹角90°)

采用双喷嘴底吹气搅拌，两喷嘴与包底中心连线互相垂直。喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R。2种不同的式(简称等径1/2R90°、等径2/3R90°)均采取l～6个气量进行喷吹，测出混匀时间。

(3)等半径双喷嘴模式(夹角180°)

采用双喷嘴底吹气搅拌，两喷嘴在同一条直径上。喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R。2种不同的式(简称等径1/2R180°、等径2/3R180°)均采取l～6个气量进行喷吹，测出混匀时间。

(4)不等径双喷嘴模式(夹角90°)

采用双喷嘴底吹气搅拌，两喷嘴与包底中心连线互相垂直。这一种式的两个喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R，(简称不等径90°)均采取l～6个气量进行喷吹，测出混匀时间。

(5)不等径双喷嘴模式(夹角180°)

采用双喷嘴底吹气搅拌，两喷嘴在同一条直径上。这一种式的两个喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R(简称不等径180°)，均采取l～6个气量进行喷吹，测出混匀时间。

数据记录表格如下：

表4 单单喷嘴模式