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1、RH法的脱碳及脱硫速率区铁 周国治 刘建功摘 要：评述了RH法真空脱碳、脱硫反应过程的行为,着重叙述了真空环流二次精炼条件下反应速率方面的主要研究概况。关键词：二次精炼 RH真空脱气方法 脱碳 脱硫 反应速率Decarbonization&DesulphurizationRateofRHProcessOuTie ZhouGuozhi（UniversityofScience&TechnologyBeijing）LiuJiangong（WuhanIron&SteelCorp.）Abstract：Thereactionbehaviousforvacuumdecarbonizati
2、onanddesulphurizationinRHprocessarereviewedandthemainresearchesonthereactionrateundertheconditionofvacuumcirculationflowforsecondaryrefiningarepresentedemphaticallyinthispaper.Keywords：secondaryrefining RHvacuumdegassingprocess decarbonization desulphurization reactionrate1 序 言 在二次精炼方法中,R
3、H真空处理以其精炼效率高、适应批量处理和装备投资少易操作等优点,在炼钢生产技术中取得显著进展。近10年来,精炼反应现象的研究重点逐步从热力学平衡转向反应速率,随着对二次精炼脱碳和脱硫反应机理上的逐渐深入［1］,处理钢种的范围也在扩大,每当反应功能扩展之际,都有新的工艺和新的钢种开发,从而使RH真空环流装置具备了到目前为止主要的二次精炼功能。这种重视自身功能发展的真空喷吹可以克服传统RH法残留的脱碳、脱硫和升温功能的不足,进而推动着一大批高附加值品种钢的生产开发,代表了RH法二次精炼的研究动向。下面围绕钢水真空环流的脱碳和脱硫叙述其反应速率领域中一些新的研究工作及见解。 2
4、 真空脱碳反应2.1 脱碳反应的平衡 传统RH工艺生产超低碳钢达到合适碳含量所需要的时间长、速度慢,导致转炉负荷增加和钢水过氧化。 脱碳反应［C］+［O］=COg的热力学平衡关系可选用文献［2］推荐值。低碳钢水以无限稀溶液为标准态,1873K时取fc=1,fO=1,可整理出 ［%C］.［%O］=0.0024Pco/Po (1) Pco降至133Pa能得到［%C］≈0.0001的平衡碳浓度,实际达到最低碳含量受到动力学限制,增大脱碳速率成为关键问题。2.2 脱碳反应速率的基础公式 低碳钢水氧含量比碳含量高几倍时,一般考虑脱碳反应机理为钢水侧传质控速。 Kond
5、o等的研究［3］： 假定钢包和真空室内钢水完全混匀,反应仅产生于真空室,脱碳表观速率常数为循环流量和体积传质系数的函数k=Q′.akc/V(Q′+akc) (2) 反应控制时,Q′akc,k=akc/V;环流控制时,Q′akc,k=Q′/V。式中 Q′——循环流量/m3.min-1 akc——脱碳体积传质系数/m3.min-1 V——钢水体积/m3 通过式(2)可估算脱碳表观速率常数。图1反映了脱碳表观速率常数与循环流量和体积传质系数之间的关系,脱碳一般发生在混合控制区,提高反应效率要采取增大环流和体积传质系数的措施。区 域ⅠⅡ插入管内径/mm45060
6、0氩气流速/L.min-11000～15002000～2500 图1 循环流量和体积传质系数对脱碳表观速率常数的影响 循环流量表征RH反应器和精炼过程钢水流动混合特征,人们相继进行过定量研究,但还有些不同之处,现举Kuwabara［4］和文献［5］研究环流方程的结果以资说明。 Kuwabara等［4］的研究: 假设气泡浮力所作功率和流体—管壁摩擦耗散功率间存在比例关系,得出下例环流模型Q=K.G1/3D4/3｛Ln(P1/P2)｝1/3 (3)式中 Q——循环流量/t.min-1 G——驱动迄体流量/NL.min-1 D——插入管内径/m P1——
7、吹入点静压力/Pa P2——真空室压力/Pa 经水模实验数据验证了方程的合理性，认为K是常数 文献［5］的研究： 假设流体与管壁间摩擦耗散功率可以忽略;吹入气体总功率与气泡浮力及下降管流股动能所作功率之间存在比例关系得出 真空度稳定时Q∝H1/3G1/3D4/3;真空度变化时Q∝G1/3D4/3｛Ln(P1/P2)｝1/3。 再考虑混匀时间和搅拌功率的作用导出循环流量与处理容量等变量的关系Q=fW-0.192LD2.33｛GLn(1+(Hs+Hv)/1.5×10-5P2)｝0.25 (4)式中 WL
