噴吹脫硫製程鎂粒穿透鐵水之解析

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1、噴吹脫硫製程鎂粒穿透鐵水之解析*劉永章1■孫海平2■陸木榮3*九十八年十月二十二日在本會九十八年年會宣讀之論文中鋼公司鋼鋁研究發展處　煉鋼製程組　1研究員；2顧問研究；3組長本研究利用數學模型描述分析在單吹顆粒鎂鐵水脫硫製程中，鎂粒子、載氣、噴吹管和鐵水之間的熱傳和機械交互作用，引用穿透度因子來說明在噴吹管口鎂粒子穿透鐵水的程度。穿透度因子定義如下：穿透度因子＝鎂粒子氣化之前在鐵水中的穿透深度鎂粒子在鐵水中氣化形成之鎂氣泡半徑結果顯示：增加粒子尺寸、噴吹深度和載氣流量或減少噴管內徑、降低鐵水溫度將提高粒子的穿透度。而改變噴吹管長度、噴吹管內鐵管外徑以及鎂粒子的噴吹流量對粒子穿透度的影響不明顯

2、。關鍵字：噴吹製程、鎂粒子、穿透度、煉鋼和鎂脫硫Thedepthofamagnesiumparticlepenetratingintoalancetiphotmetalduringamagnesiuminjectionprocesswasdescribedbyamathematicalmodel.Thesimulationincorporatedthemechanicalinteractionandheattransferbetweenparticles,magnesiumparticlesize,carriergasflowrate,lanceinsidediameter,andhotmet

3、altemperature.Thepenetrabilityofamagnesiumparticleintolancetiphotmetalwasanalyzedusingapenetrationfactorsuggestedbelow:Penetrationfactor=Penetrationdepthofamagnesiumparticleinhotmetalbeforeparticlevaporization-Radiusofmagnesiumvaporbubbleinhotmetalformedbythemagnesiumparticle.Inamagnesiuminjectionpr

4、ocess,theoperationalvariablesthatfavorabetterpenetrationofthemagnesiumparticleintothehotmetalarelargersizeofparticles,smallerinternaldiameteroftheinjectinglance,deeperinjection,highercarriergasflowrateandlowerhotmetaltemperature.Theinfluencesofthethicknessoflancerefractoryshell,thelanceheightaboveth

5、ebathsurfaceandmagnesiumfeedingrateonthepenetrabilityareinsignificant.Keywords:injection,particle,penetrability,steelmaking,magnesiumanddesulfurization壹、前　言在單吹顆粒鎂鐵水脫硫製程中，在噴吹管口載氣氣泡中的鎂含量對製程鎂利用率有重大影響(1-7)。當載氣為氬氣時，若在噴吹管口載氣氣泡中的鎂含量較高，鐵水表面的噴濺較少，廢氣中鎂損失速率與載氣氣泡中的鎂含量無關(1)，這意謂在噴吹管口形成鎂含量較高的載氣氣泡對製程較有利，所以噴吹管的氣化室通常

6、應用於製程載氣為氬氣時。另一方面，當噴吹製程載氣為氮氣時，在載氣氣泡中的鎂含量較高，易發生鎂的氮化反應，廢氣中的鎂損失較嚴重(3)，在噴吹管口氮氣泡中低的鎂含量對製程較有利，故在這條件下不使用有氣化室之噴吹管。載氣氣泡中的鎂含量由鎂粒子穿透進入鐵水的穿透度控制，穿透度好意謂鎂粒子溶解於鐵水中較多，而留在載氣氣泡中的鎂較少，所以載氣氣泡中的鎂含量較低。為了控制載氣泡中的鎂含量，本研究將聚焦於分析鎂粒子對鐵水穿透度的各種影響因子。貳、方　法圖1顯示單吹顆粒鎂鐵水脫硫製程所用之噴吹管示意圖，下部噴吹管浸入鐵水中，載氣和鎂粒子在耐火材料保護的鐵管內傳輸至噴吹管口噴入鐵水中，載氣在噴吹管口端形成噴射氣流

7、後產生氣泡。在噴吹管口噴射氣流的前端，部分鎂粒子將穿透氣液相的邊界進入鐵水，另一部分鎂粒子將氣化留在原載氣形成的氣泡中。在圖1中，L為在鐵水表面以上的噴吹管高度，D為噴吹深度，dp、d1、d2和d3分別為鎂粒子直徑、噴吹管中的鐵管內徑、鐵管外徑和噴吹管耐火材外徑，T0、T1、T2、Tg和Tp分別為在d1、d2、d3處、氣體和鎂粒子的溫度，vg0、vg、vp0和vp分別為氣體和鎂粒子在噴吹管頂端和在