钢包底吹氩与钙处理工艺的物理模拟

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1、东北大学硕士学位论文第1章绪论1．1引言第1章绪论二十世纪80年代，由于世界各国国防、交通、石油和汽车等行业的迅猛发展，以及人们在R常生活中不断追求高质量的生活，使得市场对钢材性能要求R益苛刻。为了适应在高强度、长寿命、耐腐蚀的恶劣条件下进行工作，对石油套管、深冲薄板、中厚结构用钢板、高质量管线和硬线钢等钢种的纯度、均匀性、粒度的要求越来越高，钢的成分控制范围越来越精确，洁净度要求越来越高。良好、合理的底吹氩工艺有利于调节钢液温度和成分，加速钢渣之『日J的化学反应，促进钢液脱氧、脱硫和钢中非会属央杂物的去除。但在实际生产操作中，往往存在因底部送气量过大而造成钢液二次氧化

2、，底吹氩时问难以把握等问题。如何得到最佳的工艺参数，对提高钢种质量有着十分重要的意义。与传统顶吹工艺相比，底欧氩工艺可以使钢包内钢水成分．温度更加均匀，温降更小，去央杂物效果更好等，进而逐渐取代了顶吹氩工艺。1．2钢包底吹氩冶金功能钢包作为炼钢工序和连铸工序之问的中『白J容器。是炼钢过程中不可缺少的工艺设备。它不仅是运输和浇注钢水的容器，同时也是炉外精炼的精炼炉。当转炉出钢的钢水迸入温度较低的钢包时，立刻被钢包吸收部分热量，加上钢包外表不断散热，会出现钢包底部、中部和上部钢水温差较大的现象。大型钢包的钢水温差可达到30℃～70℃。钢水温度的不均匀性将给接下来的连铸工艺及

3、铸坏质量带来一系列严重的闯题。当出钢温度较高时，高温浇注易造成一些元素较严重偏析，以致产生铸坏裂纹等缺陷，有时还会造成漏钢事故，降低连铸作业率。即使在合适的出钢温度条件下，由于钢水温度不均，丌浇时钢包底部流出的钢水温度较低，钢液流经中『白J包放热迸一步降温，就会造成丌浇中期温度偏高，而后期温度偏低。因此，钢水因各炉温度变化，浇注速度也要随着变化，这便造成了工艺操作的复杂性和不稳定性。钢包底吹氩技术对于改善钢水的温度不均匀性起着至关重要的作用。钢包吹氢原理是将具有一定压力的氩气通过喷枪或透气砖传送到钢液中，形成气泡．气泡上浮过程中又因浮力作用，将钢水抽引并使之在气液内产生

4、由下向上的流动，当气泡到达顶部时就转入水平方向，之后在包壁附近向下回流，再次在钢包中部、下部被抽引至气液区内，如此循环流动形成环流。在环流过程中，大颗粒央杂、脱氧产物在东北大学硕士擘位论文第1章绪论流经顶渣下部区域时传递进入顶渣，同时钢包吹入氩气后，钢水中所形成的氩气泡相对于钢中的氧、氮、氢而言‘属真空条件，氧、氮、氢就会向氩气泡中扩散，钢中的央杂物粘附在气泡上，并随氩气泡的上浮而带出。氩气的上浮带动钢水沸腾，氩气泡内CO分压力为零，促使钢水中的碳与氧化亚铁发生反应，从而起到脱氧作用。吹氩形成的气泡在钢液中形成相对真空，起到了对钢中气体的捕集和排除作用⋯。钢包吹氩技术是

5、一种经济实用简单易行的精炼方法，它能有效地均匀钢水温度和成分，去除有害气体和央杂物．改善钢液质量。钢包吹氩一般采取项吹或底吹形式，因顶吹氩工艺存在吹氩死角、在现性差等弊端，而逐渐被底吹氩工艺取代。具体来说，钢包底吹氩具有以下功能：1)均匀成分。钢液进入钢包以后，会属、炉渣、包衬、合会元素之『日J的化学反应仍继续进行。钢包中的这些反应使钢的不均匀性增大，通过吹氩搅拌．可使钢液成分趋向均匀；2)均匀温度。钢包内的钢液存在一定的温度梯度，温度梯度随停留时『白J的延长而增大。钢包吹氩以后，由于氩气的搅拌作用，使温度梯度减小，温度趋于均匀，而吹氩本身造成的温降很小；3)加速传质。

6、精炼过程中吹氩可加速传质，促进钢渣反应，有利于脱氧脱硫和熔渣吸收夹杂；41加强传热。在具有加热功能的精炼过程中，吹氩有利于加强对流传热，提高加热升温速度和热利用率，加速熔化渣料和合会料；犀5)改善钢水浇注性。钢包吹氩可改善钢液的流动性，减轻或预防浇注中的水口结瘤，改善浇注情况：6)排除央杂、气体。气泡在上升过程中，可吸附携带央杂物进入熔渣。由于氩气泡的清沈作用，使钢液中的【N】、【H】含量降低，进一步去除钢中的【O】，提高脱氧剂和合金元素的收得率；7)改善精炼炉内气氛。对于带有密封炉盖的LF炉精炼过程。底吹氩气泡逸出熔渣面后进入钢液面与炉盖之I’日J的炉内密封空问，氩气

7、属惰性气体，它和电极与熔渣反应产生的co气体一起增强了炉内的还原气氛，还可形成炉内微正压，防止炉渣吸氧和钢液的二次氧化。1．3国内外钢包底吹氩研究现状分析Szekely[21采用数学模拟方法研究了氩气喷吹钢包内钢液的流动行为，使用时均N—S东北大学硕士学位论文第1章绪论方程和k．e双方程湍流模型计算流场。Szekely提出气体与钢液之『自J存在一种粘性力，是气一液『白J的摩擦作用促使钢液向上运动而引起循环流动，并假定气泡是包含在给定直径的柱形简内，两相中气泡为球形，气泡从底部喷嘴不断向上运动，其左右相当于一个连续向上的圆棒托动熔池流动进入