90tlf炉底吹氩气工艺优化水模实验研究

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1、90tLF炉底吹氩气工艺优化水模实验研究摘要：采用冷态物理模拟实验，通过测定钢包内流体流动混匀时间和录象观察，确定三明钢厂90tLF炉底吹一个透气砖布置在包底0.52R上，并且其两相流上升冲破炉渣形成的钢液裸露区与原高位料仓下料落点在同一地点；软吹气体流量为40～80NL/min,大于100NL/min为硬吹，深脱硫时的气体流量为500NL/min；炉门应该设置在临近高位料口附近；钢液裸露区对面包壁附近作为喂线的选择位置。关键词：LF炉;混匀时间;透气砖;硬吹;软吹;脱硫动力学0引言合理布置钢包底吹

2、氩气透气砖的位置和供气流量，不仅能够改善LF精炼炉深脱硫、均匀成分和温度、合金微调、以及促进夹杂物上浮，同时还可缩短精炼处理时间，为转炉和连铸工艺顺行起着调控作用。本实验采用物理模拟研究方法,针对三明钢厂的LF炉，优化其底部透气砖的位置和个数；造渣剂和合金加料位置，炉门位置和喂丝位置；深脱硫和去除夹杂物的底吹氩气流量以及软吹和硬吹氩气流量界限，为现场提供合理的工艺参数。1LF炉底吹氩气的脱硫动力学原理1.1LF炉内钢液混匀时间与脱硫之间关系钢液进入LF炉精炼工位时，一般而言钢液中[S]含量很低，若要

3、进一步脱硫时，可以认为硫在钢液中的传质是限制性环节。那么，此时脱硫速度方程可用下式[1]表示。（1）式中：d[％S]/dt—脱硫反应速度；Kms—钢液中硫的传质系数，cm/min；Ks—脱硫速度常数，min-1；[％S]、(％S)—钢、渣中的硫的浓度，%；Ls—硫在渣和钢中的分配比；A—钢渣反应界面积，m2；V—钢液体积，m3。由式(1)可知在钢包尺寸和钢水量一定条件下，脱硫反应速度主要取决于硫在钢液中的传质系数Kms或者脱硫速度常数Ks的大小。根据浅井[2]提供的脱硫速度常数Ks和钢包底吹氩气的搅

4、拌能之间有着下列关系：Ks∞εn（2）式中：ε—搅拌能，w·t-1；n—指数;Ks—脱硫速度常数，min-1。由式(2)可知，随着底吹氩气搅拌能增加，脱硫速度常数Ks增大。这是由于搅拌能增加时，［S］在钢液中传质系数增大以及渣-钢的接触面积远远大于平静渣金界面的面积。钢液搅拌能与钢包底吹气体流量关系如下式[3]表示：　（３）式中：ε—搅拌能，w·t-1；Qg—气体流量，Nm3/min；Te—钢液温度，K；Tg—氩气温度，K；h0—钢液深度，m；P0—钢液表面压力，Pa;n—系数。由式（３）可知，随着

5、钢包底吹氩气流量增加，其搅拌能增大。对于LF炉精炼工艺，不仅受到转炉炼钢与连铸工艺之间的调控约束，同时还要在短时间里完成深脱硫和去除夹杂物等主要精炼任务。因此要创造良好的动力学条件，即钢包内的钢液混匀时间要短，且渣钢混合充分，才能保证完成深脱硫等任务。钢包的混匀时间与搅拌能大小以及透气砖在包底位置的关系式[４]如下：(1)对于LF炉单个透气砖：-7-（4）式中：τ—混匀时间，s；ε—搅拌能，w·t-1；D、H—钢包直径和和钢液深度，m；r/R—透气砖在包底半径的位置。(2)对于LF炉底多个透气砖：（

6、5）式中：τ—混匀时间，；ε—搅拌能，w·t-1；—透气砖个数。从式（4）、（5）可知，当钢包的钢液深度和直径一定时，钢包内混匀时间不仅取决于其底吹气体对钢液的搅拌能，而且与包底透气砖位置和个数有着重要关系。从上述公式可知，用混匀时间长短来判断钢液在钢包内混匀程度，通过在包底布置合理的透气砖个数和位置，供给合适的氩气流量，在钢包内给钢液创造混匀时间极短的动力学条件，使渣-钢充分混合，以完成深脱硫等主要精炼任务。1．2LF炉底吹氩气钢液流动规律底吹氩气的钢包内钢液流动规律，对钢包内冶金热力学及精炼操作

7、工艺有着重要的影响。如图1所示，底吹氩气上升搅拌钢液流动形成的循环流，一般分为A、B、C、D四个区域。A区：气液混合两相上升流区。钢包底吹氩气的气泡浮力上升带动周围钢液一起上升，形成气液两相流，并以“V”型螺旋上浮至顶部，冲破炉渣形成钢液裸露区，其半径大小主要依据钢包底吹氩气流量有关，如图1中A所示。该钢液裸露区形成，为合金直接加入钢液中去，石灰等脱硫造渣材料快速熔化造渣脱硫和合金化等起着重要的作用。另外，A区气液两相上升流冲破渣层后，使钢液沿液面产生水平流动，与钢液面上的液态渣形成较大的速度差，在

8、钢液剪切力的作用下，将炉渣剪切成渣滴并将其代入到钢液中。从模拟实验观察可知炉渣形成大小不一的渣滴进入钢包内液体的中部或底部。图1底吹氩气钢包内形成的循环流示意图-7-B区:钢包上部钢液和炉渣沿着水平方向流动区，如图1中B所示。气液两相流会迫使炉渣和钢液以放射型向四周水平流动。水平流动的厚度是指渣层厚度和与渣层接触的钢液侧的一定厚度之和，一般为钢液深度的10%～20%，水平流动速度大小和厚度主要取决于钢包底吹氩气的流量。炉渣层和与炉渣接触的钢液侧一定厚度的水平流动速度都