150t钢包双透气砖底吹氩优化与工业试用

水模型试验 主 要 考 虑 了 吹 气 孔 的 位 置、角 度 和吹 氩 流 量 的 变 化。 设 计 吹 气 孔 的 位 置 为： ０．２Ｒ、０．４Ｒ、０．６Ｒ、０．８Ｒ ；双 孔 夹 角 度 分 别 为 ４５°、９０°、１３５°、１８０°，试 验 方 案 如 表 ２ 所 示 。
表 ２ 试 验 吹 气 孔 位 置
钢包底吹氩技术是目前广泛使用的钢液精炼 手段［１－５］，不仅能 有 效 均 匀 钢 液 成 分 和 温 度，弥 散 的小气泡还能 有 效 去 除 钢 液 中 的 夹 杂 物［６］，提 高 钢液质量。然而 实 际 生 产 中，往 往 存 在 因 透 气 砖 安 装 位 置 不 合 理 ，氩 气 流 量 控 制 不 精 确 ，造 成 钢 液 二次氧化 及 包 壁 侵 蚀 等 问 题。２０１２ 年 国 内 某 厂
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炼 钢
第 ３０ 卷
４５０Ｌ／ｍｉｎ），模 型 混 匀 时 间 最 小 为２５．５ｓ。
为 了 提 高 钢 液 洁 净 度 ，增 加 夹 杂 物 的 去 除 效 率 ，对 该厂现有钢包展开了优 化 改 造 工 作。 以 该 厂 １５０ ｔ钢 包 为 原 型，采 用 物 理 模 拟 的 方 法 对 钢 包 透 气 砖位置、钙处理后 钢 液 软 吹 氩 流 量 及 时 间 进 行 了 优化，钢包改造后 工 业 试 用 表 明 钢 中 全 氧 控 制 水 平明显提高。
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１２７４０２９） 作 者 简 介 ：李 翔 （１９８４— ），男 ，北 京 科 技 大 学 冶 金 与 生 态 工 程 学 院 ，博 士 生 ，从 事 洁 净 钢 生 产 技 术 研 究 。
第６期
李 翔 ，等 ：１５０ｔ钢 包 双 透 气 砖 底 吹 氩 优 化 与 工 业 试 用
图 １ 钢 包 底 部 吹 气Fra Baidu bibliotek孔 布 置 图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｄｌｅ ｂｏｔｔｏｍ ｂｌｏｗｉｎｇ ａｉｒ ｈｏｌｅ
利用水模型研究了不同钢包底吹氩位置在不 同 吹 氩 流 量 下 对 钢 液 混 匀 时 间 及 渣／钢 卷 混 的 影 响。应用相似原 理 建 立 了 １∶４的 模 型，保 证 几 何 相 似 及 动 力 学 相 似 ，具 体 尺 寸 如 表 １ 所 示 。
利用修正的弗劳德数相等来换算水模型试验 中 的 实 际 吹 气 量 ［７－８］，使 用 氮 气 替 代 氩 气 ，可 得 出 ：
Ｑｍ ＝０．０１８ ２Ｑｒ
（１）
式中，Ｑｍ为水模试 验 中 常 温 常 压 模 型 氮 气 流 量，
Ｌ／ｈ；Ｑｒ为现 场 生 产 过 程 中 常 温 常 压 下 原 型 氩 气
时在各布置方案下，吹气孔位于０．８Ｒ处（吹气孔 ４ 和 ８）混 匀 时 间 总 体 比 其 它 方 案 低，在 吹 气 量 为 ３８２．２Ｌ／ｈ时混匀 时 间 最 小，为２４．６ｓ，主 要 是 由 于两透气孔距离 较 远，两 螺 旋 上 升 的 气 液 两 相 流 相互 干 扰 小，搅 拌 能 损 失 小，得 到 较 小 的 混 匀 时 间。因此，对于双孔布 置 呈 ４５°时，得 到 最 小 混 匀 时间的双孔吹气方案 为：双 孔 在 各 自 半 径０．８Ｒ圆 周 上，吹 气 量 为３８２．２ Ｌ／ｈ（现 场 实 际 为 ３５０ Ｌ／ｍｉｎ），模 型 混 匀 时 间 最 小 为２４．６ｓ。 图３为双孔夹 角 为 ９０°时 钢 包 混 匀 时 间 随 吹 气流量变化，吹 气 孔 夹 角 呈 ９０°时 （其 中 吹 气 孔 ５ 和９是 原 钢 包 吹 气 孔 位 置 ），吹 气 孔 位 于８和１２
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌｏｗｉｎｇ ｈｏｌｅ ｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
双 孔 夹 角／（°） ４５ ９０
１３５ １８０
吹气孔组合 １ 和 ５；２ 和 ６；３ 和 ７；４ 和 ８ ５ 和 ９；６ 和 １０；７ 和 １１；８ 和 １２ １ 和 ９；２ 和 １０；３ 和 １１；４ 和 １２ ９ 和 １３；１０ 和 １４；１１ 和 １５；１２ 和 １６
２０１４年 １２月 ·１０ · 第３０卷 第６期
炼 钢 Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ
Ｄｅｃ．２０１４ Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．６
１５０ ｔ钢包双透气砖底吹氩优化与工业试用
李 翔１ ，包 燕 平１ ，林 路１ ，闫 小 柏１ ，王 林 珠２
（北 京 科 技 大 学 １．钢 铁 冶 金 新 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ，北 京 １０００８３； ２．冶 金 与 生 态 工 程 学 院 ，北 京 １０００８３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｗｏ－ｈｏｌｅ－ｂｏｔｔｏｍ ａｒｇｏｎ ｂｌｏｗｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｏｎ ｓｔｅｅｌ ｍｉｘｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎ １５０ｔｌａｄｌｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ ｏｉｌ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｓ ｔｏｐ ｓｌａｇ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｅｘｐｏｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｌｏｗｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ａｒｇｏｎ ｂｌｏｗｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ １１ａｎｄ １５ （ａｔ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ １８０，０．６Ｒｆａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｌａｄｌｅ）ｉｓ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ－ｒａｔｅ ｃｈｏｉｃｅ．Ａｔ ｔｈｉｓ ｐｏｓｉ－ ｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｅｘｐｏｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｏｕｒ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｄｌｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｉｅｓ ｉｓ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍａｌ．Ｉｎ－ ｄｕｓｔｒｉａｌ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｇｏｎ ｂｌｏｗｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｆｔ ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｉｍｅ ａｆｔｅｒ Ｃａ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗ（Ｔ．Ｏ）ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｓｔｅｅｌ Ｃａ－ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ２８×１０－６ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ｒａｔｅ ｗａｓ ７８ ％．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｗ（Ｔ．Ｏ）ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｂｙ ３４×１０－６ ａｆｔｅｒ ＬＦ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ４５ ％．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔ．Ｏ ｃｏｎｔｅｎｔ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｏｔｔｏｍ ａｒｇｏｎ ｂｌｏｗｉｎｇ；ｐｏｒｏｕｓ ｐｌｕｇ；ｗａｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｔ．Ｏ；ｓｏｆｔ ｂｕｂｂｌｉｎｇ
５４．６
１０９．２
１６３．８
２１８．４
２７３．０
３２７．６
３８２．２
４３６．８ ４９１．４
何 相 似 和 动 力 学 中 的 弗 劳 德 数 相 等 外 ，还 要 保 证 动力学中的韦 伯 数 相 等 ，理 ［９－１０］ 论 计 算 油 的 密 度 为９９５．１９ｋｇ／ｍ３，渣 厚 为２１．３～２８．５ ｍｍ。
Ｌ／ｈ
Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｂｏｔｔｏｍ ｇａｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｌａｄｌｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｌａｄｌｅ
５０Ｌ／ｍｉｎ １００Ｌ／ｍｉｎ １５０Ｌ／ｍｉｎ ２００Ｌ／ｍｉｎ ２５０Ｌ／ｍｉｎ ３００Ｌ／ｍｉｎ ３５０Ｌ／ｍｉｎ ４００Ｌ／ｍｉｎ ４５０Ｌ／ｍｉｎ
表 １ 钢 包 模 型 和 原 型 的 尺 寸 参 数
ｍｍ
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｌａｄｌｅ
上口 上口 下口 下口 透气砖 熔池 项目 深度
长轴 短轴 长轴 短轴 顶面直径 高度 原型 ３ ８９０ ３ ３０３ ３ ００３ ２ ９５５ ２ ６５５ １３５ ３ ４９０ 模型 ９７３ ８２６ ７５１ ７３９ ６６４ ３４ ８７３
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１ 水 模 试 验 原 理 及 方 法
图１为水模型试验的钢包底部吹气孔布置， 吹气孔 位 置 编 号 １，５，９，１３ 距 圆 心 距 离 为０．２Ｒ， 编号 ２，６，１０，１４ 距 圆 心 距 离 为０．４Ｒ，编 号 ３，７， １１，１５距圆心距离为０．６Ｒ，编 号 ４，８，１２，１６ 距 圆 心距离为０．８Ｒ。 该 厂 原 底 吹 氩 位 置 为 距 离 钢 包 中 心０．２Ｒ处 （图 １ 中 吹 气 孔 ５ 和 ９）。 由 于 原 位 置 距离包壁较远，氩 气 泡 对 包 壁 附 近 钢 液 中 夹 杂 物 去除效果较差。为了充分利用氩气泡对夹杂物去 除 的 作 用 ，进 行 了 水 模 型 研 究 ，以 找 到 最 佳 透 气 砖 位置布置。
２ 试 验 结 果 及 讨 论
２．１ 透 气 砖 位 置 对 钢 液 混 匀 时 间 的 影 响
图２为双孔夹角 为 ４５°时 钢 包 混 匀 时 间 随 吹 气流量变 化。 当 吹 气 孔 夹 角 呈 ４５°时，吹 气 量 越 大，混匀 时 间 越 短，当 吹 气 量 超 过３８２．２Ｌ／ｈ 时， 混 匀 时 间 变 化 不 大 ，这 是 由 于 吹 气 流 量 较 大 时 ，用 于搅动熔池的能 量 已 经 足 够，其 余 的 能 量 用 于 翻 滚液面，并没 有 对 混 匀 时 间 造 成 较 大 的 影 响。 同
流 量 ，Ｌ／ｍｉｎ。 表 ３ 为 对 应 的 气 体 流 量 。
为了研究渣－钢两相的行为，在水模试验 中
采用优质真空泵油模拟钢包顶渣。渣钢界面流 动
状 态主要受到液体表面张力影 响 ，除 了 应 满 足 几
表 ３ 不 同 原 型 底 吹 气 量 （Ｌ／ｍｉｎ）时 对 应 的 模 型 底 吹 气 量
摘 要：通过水模型研究了国内某厂１５０ｔ钢包双透气砖底吹氩位置及流量对钢液混 匀 时 间 的 影 响 ，利 用优质真空泵油模拟钢包顶渣，对不同吹气位置及吹气流量下钢液裸露面积进行了 比 较。 结 果 表 明，双 孔夹角１８０°、吹气孔位于各自半径０．６Ｒ圆周上（吹气孔１１和１５）时混匀时间短 且 钢 液 裸 露 面 积 小，同 时 对包壁冲刷更小。钢包改造后工业试用表明，通过优 化 钢 包 透 气 砖 位 置 及 钙 处 理 后 钢 液 软 吹 氩 流 量 及 时间，钢液钙处理增氧质量分数降低２８×１０－６，降 幅 达７８ ％；钢 液 出 ＬＦ 全 氧 质 量 分 数 降 低 ３４×１０－６， 降幅为４５ ％，全氧含量控制水平明显提高。 关 键 词 ：底 吹 氩 ；透 气 砖 ；水 模 型 ；全 氧 ；软 吹 氩 中 图 分 类 号 ：ＴＦ７６９ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１００２－１０４３（２０１４）０６－００１０－０４
１５０ ｔ ｌａｄｌｅ ｐｏｒｏｕｓ ｐｌｕｇ ｂｏｔｔｏｍ ａｒｇｏｎ ｂｌｏｗｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｔｅｓｔｓ
ＬＩ Ｘｉａｎｇ１，ＢＡＯ Ｙａｎｐｉｎｇ１，ＬＩＮ Ｌｕ１，ＹＡＮ Ｘｉａｏｂａｉ １，ＷＡＮＧ Ｌｉｎｚｈｕ２ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）