电炉出钢过程温降规律的研究

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1、电炉出钢过程温降规律的研究杨强刘浏摘要根据传热学方程，计算了电炉出钢过程钢包炉衬温度分布及钢水温度随时间变化的规律。给出计算方法及现场应用的可行性。关键词温降规律温降模型电炉StudyonLawofTemperatureDropDuringTappingfromElectricArcFurnaceYangQiangLiuLiu(CentralIron&SeelResearchInstitute,Beijing)AbstractAccordingtothethermodynamicequations,the

2、lawsofladleliningtemperaturedistributionandthereal-timetemperatureofmoltensteelinladleduringtappingarecalculated・Thispaperalsoprovidesalgorithmsforthesimulationsandtheirfeasibilityatsite.Keywordslawoftemperaturedropmodeloftemperaturedropelectricfurnace1前言

3、随着市场对高质量、低价格钢材的要求，钢材供应商为提高其产品竞争力都在努力改进炼钢工艺和炼钢设备，以便进一步降低生产成本和提高产品质量。电炉——LF炉一一连铸三位一体生产工艺已经成为当今电炉短流程炼钢不可分割的部分。对钢水温度的精确估计和控制在现代钢种生产中起着举足轻重的作用，国内和国外在这方面均做了大量工作口~门，但由于炼钢现场的多样性和复朵性，其计算结果或是不理想，或是只适用于某一个现场。本文的目的在于通过模拟计算电炉出钢以及钢水运输过程的温降，为今后控制电炉生产过程中钢包及钢水温度提供理论依据。2电炉

4、出钢过程钢水温度数学模型电炉岀钢过程的钢水温降由以下三部分组成：从电炉岀钢口到钢水接触钢包底(或包屮钢水)Z前由于自由辐射和对流导致的钢水温降；钢水入包之后，由于钢水上表面对流辐射，包衬蓄热，钢包外表面、钢包内表面尚未被钢水覆盖但即将被覆盖部分的对流辐射导致了钢水的温降；出钢过程中，加合金导致了钢水温降。其中前两部分的模型如图1(a),(b)所示。图1电炉出钢钢流温降模型@),以及钢水沿包壁、包底的传热模型(b)计算中钢包尺寸以抚顺特殊钢有限公司60t钢包炉作为参考。包壁、包底耐火材料由内到外分为高铝BA

5、3-2、高吕BA-2、黏土轻质、硅酸铝(纤维毯)四层，下文的计算己经考了各口的密度、比热容、导热系统等。同时在分析和计算这三个过程的温度变化Z前，做了如下的假设：(1)电炉出钢过程中，出钢口钢水温度等于冶炼完毕时钢水温度；电炉出钢过程中钢水流量恒定；钢水注入包内符合自由落体运动规律；钢流横截面为圆形。(2)钢水注入包后，包壁看作无限长圆筒，包底看作无限大平板；钢流搅动钢水使得包内钢水温度均匀且不存在炉渣的影响；口出钢30s之后开始加合金并且合金熔化均匀，出钢完毕合金熔化完毕。(3)计算钢包散热与蕃热时假定

6、壁中温度只沿径向分布，包底中温度只沿轴向分布。2.1出钢过程中钢流温降该过程钢水的能量方程为：航叩Cp(-九)=一71)+h(T「T^dyTSO)=Tq(1)2.2钢包散热与蓄热钢包散热与蓄热主耍就是得到包壁、包底中的温度场分布。根据前面假设，可以得到任一时刻从x=0到x=Lr(见图1(b))传热方程及其边界条件、初始条件。a2t1ar3/-£8r,rT(x,O)=爭(兀)”ar匕p<;Z&-Ar>0,0

7、)Cp,sATs+MrCrAT*+q(f)AAT+E(M,t),Ki)=Cp,sJir20vinPs(Tin-Ts(t))At(3)方程左边为吸热部分，右边为放热部分。其中左式第一项为△t时间内包中钢水吸收热量，第二项为△T时间内钢包包衬吸收热量，第三项为钢包内外表面、包中钢水的对流辐射热，第四项为加合金对钢水温降的影响，右式是△T时间流入包内钢水带來的热量。q(T)A用卜-式表示，即:q(t)A=qb(t)Ab+qr(t)Ar(t)+q$u(t)Asu+qis(t)Sis(4)由于包中钢水高度随时间逐渐

8、增加，所以实际计算钢水实时温度是一个反复叠代的过程。即把出钢时间进行n等分，在第一个时间段里通过式(1)、(2)、(4)计算钢包蓄热量的变化，钢包包壁、包底和大气对流辐射热损失，然后通过式(3)计算该时间段完毕钢水温度；在第二个时间段时，以第一个时间段结束的钢水温度以及包衬温度场分布作为初始条件通过式(1)、(2)、(4)再次计算钢包蓄热量的变化，钢包包壁、包底的对流辐射热损失，然后通过式(3)计算该时间段完毕钢水温度。如此反