钢包炉吹氩与夹杂物去除

对脱硫的要求趋于淡化 但用户对钢铁材料纯净度
要求的提高 使钢包炉应具备去除夹杂物的功能
例如 转炉冶炼合金钢时 要求在有限的精炼时间内
将脱氧产物降至最少 以保证顺利浇注 冶炼低碳钢
如20 号管坯钢和冷墩钢 时通常不用铝脱氧 但是 如果用户要求提高材料纯净度 就必须用铝等强脱
氧剂脱氧 此时如何保证水口不堵塞就成了首先必
l g Y mL =Ol g ~E 1 3L 4 3 +l gY +l gC
4
由式 4 可以看出 随着搅拌功率的提高 容量
系数加大 大量吹入气体使气体的摩尔数增加 容
量系数也急剧增大 在气体搅拌条件下 气泡破裂
导致反应界面积急剧增加 因此搅拌越强烈对脱硫
反应越有利 为了保证精炼过程中充分脱硫 钢包
底吹氩的首要任务是用尽可能少的氩气产生最大的
须考虑的问题 在这种情况下 应该采用双透气砖
甚至多透气砖 因为双透气砖对钢液产生的弱搅拌
作用延长了钢液水平流动的时间 更有利于夹杂物
的上浮 虽然许多研究者在这方面做了不少工作
但对双透气砖的安装位置问题还存在分歧 有必要
进一步深入研究
3 吹氩去除夹杂物
3. 1 钢液流动对去除夹杂物的影响 在钢包吹氩条件下 钢液的环流运动加速了夹
2 气体搅拌功率的估算
钢包炉吹氩精炼过程对均匀钢液成分和温度\ 去除钢中非金属夹杂物\ 脱氧和脱硫都具有重要意 义G 影响吹氩搅拌过程的关键是搅拌功率G 搅拌功 率太小9达不到精炼的目的$ 若搅拌功率太大则会引 起钢\ 渣卷混9甚至喷溅G
目前9还无 法 对 吹 氩 搅 拌 功 率 进 行 精 确 的 计 算 和测量G 在冶金学术界9推出了不少计算搅拌功率 的方法9但是意 见 很 不 一 致9 主 要 差 别 在 于 膨 胀 功\ 浮力功的确定原则G 文献 4 提出的全浮力模型中 搅拌功率计算式如下
Abstract For t he underst andi ng of f uncti on and pri nci pl e of i ncl usi on r e moval t he f uncti on of l adl e f ur nace r efi ni ng and t he ef f ect of fl ui d fl o W behavi or on i ncl usi on r e moval duri ng r efi ni ng Wer e anal yZed and t he r el ati on bet Ween i ncl usi on r e moval ef fi ci ency and mi xi ng po Wer mean mi xi ng ti me ar gon bubbl e and i ncl usi on di a met er t he nu mber of por ous bri ck fl o W r at e of ar gon ti me of ar gon bl o Wi ng Was i nvesti gat ed . The r easonabl e syst e m of ar gon bl oWi ng i n l adl e f ur nace Was pr oposed i n or der t o meet t he de mand f or r efi ni ng . Key words l adl e f ur nace r efi ni ng ar gon bl o Wi ng bubbl e i ncl usi on
杂物的上浮并增加了夹杂物与顶渣和包衬接触的机 会 但钢液在环流运动的同时也阻碍了夹杂物的自 由上浮 图2 为钢包底吹氩时钢液的流动状况 图 中钢包底吹 氩 时 钢- 渣 界 面 上 钢 液 的 平 均 水 平 流 速 和平均循环流速分别用u P 和u m 表示 而夹杂物自 由上浮速度u s 可按 St ocks 公式计算 8
OAr
2 从均匀钢液成分和促进传质考虑 装置的混合
特性是其基本特性之一 用均匀混合时间 u 来表 示混合特性 u 的值可以通过试验来测定 均匀混 合时间与搅拌功率的关系如下 6
u =800E -0. 4
3
若要缩短钢包精炼处理时间并使钢液高纯净
化 应增大反应的表观速度常数 即搅拌强化 式
4 反映了搅拌功率对脱硫反应速度的影响 7
吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼手段之一9底吹 氩可以均匀钢液的成分和温度9最重要的功能是促 进钢液中夹杂物的去除G 笔者从钢包炉的精炼功 能\ 钢液吹氩去除夹杂物的基本原理以及夹杂物的 去除效率入手9分析了钢包炉吹氩时影响去除夹杂 物的因素和提高去除效率的有效手段G
1 钢包炉的基本功能
钢包炉的精炼原理如图1 所示G 在低氧气氛中 氧含量为5 % 9由底吹氩气搅拌炉内的白渣并用 石墨电极加热初炼的钢液G 与其它钢包精炼法一 样9钢包炉 的 精 炼 功 能 也 趋 向 于 多 样 化9 基 本 功 能 为
小带来的膨胀和浮力功\ 气体的动力功以及气体喷 出时残余静压力使气体膨胀所作的功G 应用式 1 时必须作 进 一 步 处 理9 因 为 每 一 项 功 的 效 率 不 等G 对于钢包吹氩而言9许多研究结果表明9气泡在上升 过程中所 作 的 功 是 引 起 熔 池 搅 拌 混 合 的 最 主 要 部
分9气体动能大部分消耗在喷口处G
E- mail !Wlt 197747 ＠sohu .co m
p0
氩气的出口压力
O Ar
氩气流量
R 气体常数
Rb
气泡半径
Re b
气泡雷诺数
T0
氩气初始温度
Tb
钢液温度
吹氩时间
u0 V W OC P g Pl P g0
喷嘴出口处气体的速度 钢液体积 钢液质量
常数 气体和液体的密度
喷嘴出口处气体的密度
修 订 日 期 !2 00 4- 0 6- 29
Argon Bl owi ng and Incl usi on Re moval i n Ladl e f ur nace
WANG Li-t ao 1 X UE Zheng-li ang 1 Z ~ ANG Gi ao-yi ng 2 LI Zheng- bang 1
1 . Centr al Ir on and St eel Research I nstit ut e Bei i ng 100081 Chi na 2 . Uni versit y of Sci ence and Technol ogy Bei i ng Bei i ng 100083 Chi na
摘 要!为了掌握钢包炉的冶金功能和去除夹杂物的规律 分析了钢包炉的精炼功能和精炼过程中钢液的流动 行 为及其对夹杂物去除的影响 探讨了钢包炉吹氩时夹杂物颗粒的去除效率与搅拌功 均匀混合时间 氩气泡直 径 夹杂物直径 透气砖数目 吹氩流量及吹氩时间之间的关系 提出了合理的钢包炉底吹氩制度 以满足钢液精 炼的要求 关键词!钢包炉 精炼 吹氩 气泡 夹杂物 中图分类号!TG769. 2 文献标识码!A 文章编号!1001-0963 2005 03-0034-06
搅拌能和最短的均匀混合时间
水模实验指出 双透气砖吹氩产生的搅拌功率
有一部分会互相抵消 因此 在相同的氩气消耗量
下 采用单透气砖吹氩比双透气砖吹氩能产生更大
的搅拌能 所以 在实际生产中 容量小于100 t 的钢 包炉大多采用单透气砖吹氩 尽管有些钢包炉设计
了2 块透气砖 实际上大多只使用其中的一块 铁水预处理技术的成功已使转炉流程中钢包炉
钢包底吹氩条件下钢液中夹杂物的去除主要依 靠气泡的浮选作用 即夹杂物与气泡碰撞并粘附在 气泡壁上 然后随气泡上浮而被去除 夹杂物颗粒 与小气泡碰撞并粘附于气泡上的机制见源自文库4 11 由 图可见 夹杂物颗粒被气泡捕获可 分 解 为 几 个 过 程 11 ① 夹杂物向气泡靠近并发生碰 撞 ② 夹 杂 物 与气泡间形成钢液膜 ③夹杂物在气泡表面上滑移 ④形成动态三相接触使液膜排除和破裂 ⑤夹杂物 与气泡团的稳定化和上浮 在这几个过程中 夹杂物颗
第3 期
王立涛等 钢包炉吹氩与夹杂物去除
35
Y 111 实际反应界面积与钢液断面积之比$ E 111 搅拌功率$
T N 111 夹杂物去除效率G
随着对钢质量的要求日渐提高以及工艺技术和 装备的发展9种类繁多的炉外处理技术不断出现9并 且已经 成 为 炼 钢 生 产 中 不 可 缺 少 的 配 套 手 段 1 92 G 钢包炉是日本特殊钢公司开发研制的精炼炉9由于 它具有设备简单\ 投资少\ 操作灵活和精炼效果好的 特点9成为冶金行业的后起之秀9在国内外得到了广 泛的应用和发展G
第17 卷第3 期 2005 年6 月
钢铁研究学报 Jour nal of Ir on and St eel Research
Vol .17 No .3 June 2005
钢包炉吹氩与夹杂物去除
王立涛1 ! 薛正良1 ! 张乔英2 ! 李正邦1
1 . 钢铁研究总院冶金工艺研究所 北京 100081 2 . 北京科技大学冶金学院 北京 100083
E
=p a OAr
1
-TT
0 b
p
P lg H a +P lg
H
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O a Ar
2l n
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P lg H pa
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P lg H a +P lg
H
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IRTb a +P lg
H
1 2
P
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2 0
+
IRTb
p0 p a +P lg H
1
式 1 认为气体所作的总功包括4 部分 喷孔处
温度急剧变化产生的膨胀功\ 气体上浮过程压力减
根 据 全 浮 力 模 型 9 钢- 渣 界 面 上 钢 液 的 最 大 水 平流速应等于钢 气流股中心线上的最大流速 由 此可以计算 出 钢 包 吹 氩 时 钢- 渣 界 面 上 钢 液 的 平 均 水平流速和平均循环流速与吹氩流量的关系 图 3 10 可见 钢液平均循环流速远大于夹杂物自由 上浮速度 因此 不能完全依靠夹杂物的自由上浮 来实现夹杂物的有效去除 3. 2 去除夹杂物的基本原理
图1 多功能钢包炉的精炼原理 fi g. 1 Refi ni ng pri nci ple of l adle f ur nace
① 脱 氧\ 脱 硫G 钢 包 炉 中 白 渣 以 Ca O- Ca F2 为 主要成分9一 般 渣 量 为 钢 液 的 2 % ～8 % 3 9 渣 吸 附 和溶解钢液中的氧化物9达到脱氧效果$ 由于钢包炉 有温度补偿9吹 氩 强 烈 搅 拌9 随 着 渣 碱 度 的 提 高9 硫 的分配比增大9可 炼 出 低 硫 钢 硫 含 量 在 0. 000 4 % ～0. 000 5 % 范围内 G
符号总表
A 透气砖吹气口面积
db dp
气泡直径和夹杂物直径
dn
透气砖平均孔径
H 熔池深度
g
重力加速度
123
常数
m
扩散系数
L 设备长度
N p0 N p
=0 和 时刻钢液中的夹杂物数量
I 吹入气体的摩尔数
P 夹杂物颗粒被气泡捕获的概率
p
钢液平均静压力
pa
氩气出口处钢液压力
ps
钢液表面压力
作者简介!王立涛 1977- 男 博士生
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钢铁研究学报
第17 卷
王平 5 认为气体 浮 力 作 用 的 结 果 是 使 气 泡 上
浮 并未向钢液提供动能 向钢液提供动能的只有
气体的初动能和气体的膨胀功 考虑到气体进入钢
液的临界条件 导出吹氩搅拌功率的计算式为
E =6.W18
1 2
T0
3 -5
pa p0
25
+Tb
1 +l n p a ps
图2 钢包底吹氩时钢液的流动状况 fi g. 2 fl owi ng st ate of molten steel f or bott o m argon bl owi ng
第3 期
王 立 涛 等 :钢 包 炉 吹 氩 与 夹 杂 物 去 除
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图3 钢液平均流速与吹氩流量的关系 fi g. 3 Rel ati on bet ween mean fl ow vel ocit y of molten
②合金化和成分微调G 钢包炉现已经发展成为 合金钢连铸生产线上不可缺少的控制成分的设备9 通过添加合金或喂丝可以进行合金化和成分微调G
③升温G 钢包炉采用埋弧加热9热辐射小\ 热效 率高G
④均匀温度\ 成分和去除夹杂物G 氩气搅拌加 速了钢-渣间的物质传递9有利于钢液的脱氧\ 脱硫 反应G 吹氩可以促进夹杂物颗粒与气泡之间的碰撞 和粘附9并加速 Al 2 O3 等夹杂物的上浮G