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1、1第24卷第2期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol.24,No.22001年6月J.ofWuhanUni.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)June2001LF钢包精炼过程中的脱氧122薛正良,李正邦,张家雯(1.武汉科技大学,湖北武汉,430081;2.钢铁研究总院,北京,100081)摘要:研究了钢包精炼过程中钢水流动现象及吹氩方式对钢液中固相脱氧产物去除行为的影响和不同脱氧条件下吹氩过程对钢中溶解氧的去除规律,指出合理的吹氩制度对钢液中固相脱氧产物的去除至关重要。当钢液不用铝脱氧时,吹氩过程对钢液中溶解氧的去除具有十分重要的意义。
2、关键词:钢包炉精炼;吹氩;脱氧;非金属夹杂物中图分类号:TF704.1文献标识码:A文章编号:1001-4985(2001)02-0111-05LF钢包精炼过程中钢液脱氧行为,其实质就是氧化物夹杂的去除行为。钢包精炼过程中氧化物夹杂可以通过两种途径与钢液分离:(1)按[1]Stocks定律上浮;(2)通过氩气泡的浮选作用与[2]钢液分离。搅拌钢液使夹杂物聚集长大,有利于它们通过上述机制与钢液分离。与此同时,吹[3]氩引起钢水环流阻碍夹杂物的上浮。本文通过对LF钢包精炼过程中夹杂物去除行为的研究,以及不同脱氧方式对LF精炼过程中钢液脱氧的分析,为LF钢包精炼过程的脱氧提供依据
3、。1静止钢液中固体氧化物夹杂上浮静止钢液中固体氧化物夹杂的上浮速度通常[1]用Stocks定律来描述:2up=(ρm-ρp)gdp/(18ηm)(1)式中:ρm,ρp———钢液和夹杂物的密度;ηm———钢液粘度;dp———夹杂物直径。3在1550℃时,若取ρm=6.89g/cm,ρp=3-52.3g/cm,ηm=0.05g/(cm·s),g=980×10N/g,则可计算出钢液中不同尺寸的夹杂物颗粒的自由上浮速度和70t钢包(H=2.34m,R=1.1m)中不同尺寸的夹杂物上浮时间,见图1。由图1可见,在50min左右的精炼时间内静止钢液中尺寸大于40μm的夹杂物均能上浮去除
4、,但实际生产的弹簧钢棒材中有14%左右的夹杂物图1钢液中不同尺寸的固体夹杂物颗粒尺寸大于40μm[4]。这是钢包吹氩条件下钢的自由上浮速度及上浮时间水环流运动的结果。(a)—上浮速度;(b)—上浮时间(70t钢包)收稿日期:2000-12-26基金项目:国家自然科学基金资助项目(59874023).作者简介:薛正良(1962-),男,武汉科技大学材料与冶金学院冶金工程系,副教授,博士.112武汉科技大学学报(自然科学版)2001年第2期2钢包吹氩时夹杂物随钢流作循环的上浮,增加了夹杂物与顶渣和包衬接触的机会。钢水在钢渣界面处水平流动时,夹杂物在钢流的运动带动下一方面作水平运
5、动,另一方面按Stocks定2.1吹氩条件下钢包内钢水的流动速度律上浮。因此,夹杂物在水平流层中的运动呈抛LF精炼钢包吹氩过程中钢水的环流运动可物线上升。按图3所示的全浮力模型[7],钢渣界[5]用图2所示的模型表示,钢水/气泡流股中气泡面下钢水的水平流速等于钢水/气泡流股中心线[6]平均上升速度Up可用下式表达:上的流速Um(>Up)。假定Um=Up=0.55～0.143.26×10Qvt464m/s,则70t钢包钢水在渣面下的水平流动时间Up=(2)Rt=1.72～2s。在这么短的时间内,只有在厚度为-31/3vt=5.5×10H(1-α)gQ/(2R)(3)10mm的
6、流层内尺寸大于100μm的夹杂物才有可将式(3)代入式(2)可得:能被渣层吸收,其余的夹杂物将随钢流沿壁面向1/121/31/41/3Up=4.177(1-α)QH/R(4)下流动。式中:Q———吹氩流量,m3/s;H———钢水深度,m;当钢水沿着壁面以速度um向下环流时,没R———钢包内半径,m;α———钢水/气泡流股中气有来得及上浮的夹杂物跟随钢流以速度up向下泡体积百分率,2%～10%;vt———紊流速度,m/s。运动,这时夹杂物的运动速度可用牛顿定律表示:当α>5%时,流股中气泡平均上升速度Upπ2dupπ3dρpp=dp(ρp-ρm)+等于钢水/气泡流股平均上升速
7、度。在实际清洗6dt62吹氩流量范围(80～130L/min)内,70t钢包按式πdpρm2k(um-up)(5)42g(4)计算的钢水/气泡流股上升速度Up=0.55上式中等号右边第一项为作用在夹杂物上的重力～0.64m/s。和浮力;第二项为钢流对夹杂物的拖曳力,拖曳力系数k随Re不同分三个区域:Re<2时为Stocks阻力定律范围,k=24/Re;2500时为Newton阻力定律范围,k=0.44。Re=
8、um-up
9、dp/v。当up≤0时,
