鋼包鋼包底吹氬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1、.鋼包鋼包底吹氬實(shí)驗(yàn)案1 吹氬精煉的影響因素氬氣的精煉效果與吹氬量、吹氬壓力、吹氬時(shí)間等因素有關(guān)。1.1 吹氬量攪拌氣體進(jìn)入熔池時(shí)，首先在噴嘴上形成氣泡。在氣流動(dòng)能的推動(dòng)下到液相中，分散成無(wú)數(shù)的小氣泡而上浮，同時(shí)在高溫鋼水中氣體被加熱而膨脹，從而產(chǎn)生了強(qiáng)烈的攪拌作用。隨著吹氣量的增加，攪拌強(qiáng)度增大，而吹氣量的增加是有一個(gè)I 臨界值的，如果吹氣量超過(guò)某一臨界值，吹入的氣體從鋼包底部向上部形成所謂的貫穿流，容易引起鋼水發(fā)生噴濺，造成鋼液表面覆蓋的渣卷入鋼液部。造成對(duì)鋼液的污染。另外當(dāng)吹氬量偏低時(shí)，就限制了氬氣的精煉作用，從而使氨氣的脫氧、去氣和保護(hù)鋼水的作用都得不到充分發(fā)揮。吹入氣量是與吹氣壓力、

2、吹氣噴嘴結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，可由試驗(yàn)決定。在生產(chǎn)常根據(jù)不沖破鋼包渣層裸鼴鋼水為原則來(lái)確定吹氣量和壓力。1.2 氬氣壓力氬氣的壓力大，攪動(dòng)力也大，氣泡上升速度快，但壓力過(guò)大時(shí)，氬氣流涉及圍越來(lái)越少，氬氣泡與鋼液的接觸面減小，而且如壓力過(guò)大時(shí)， 氣體會(huì)迅速地沖出鋼液，要沖破鋼液上覆蓋的渣層，使鋼液受到大氣的氧化，對(duì)精煉效果反而不利。為此要求吹入的氬氣壓力不要太大，一般以能克服鋼液的靜壓力，剛好能在透氣磚表面上專(zhuān)業(yè)資料.形成氣泡為合適。如鋼液深，剛所需的氫氣壓力大，反之，所需氬氣壓力小。理想狀態(tài)是使氬氣流遍布全鋼包，增加接觸面積和延長(zhǎng)氬氣流上升的流程和時(shí)間。1.3 吹氬時(shí)間目前，普遍認(rèn)為吹氬時(shí)問(wèn)不宣太長(zhǎng)

3、，否則鋼液溫度下降太多，且由于耐材受沖刷而使非金屬夾雜物出現(xiàn)率增加，但吹氬時(shí)間不足，氣體及非金屬夾雜物不能很好地去除，吹氬效果不明顯。 所以必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，以及要達(dá)到的精煉效果，從而確定合適的吹氬時(shí)間。2 實(shí)驗(yàn)原理物理模擬的理論基礎(chǔ)是相似原理。應(yīng)用相似原理建立模型和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須保證兩系統(tǒng)幾相似、物理相似。對(duì)于鋼包底吹氬系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，引起體系流動(dòng)的動(dòng)力主要是氣泡浮力而不是湍流的粘性力，因此保證模型與原型的修正弗德準(zhǔn)數(shù)相等，就能基本上保證它們的動(dòng)力相似， 根據(jù)這一原則， 選用修正的 Fr,就可以確定模型中吹氣量的圍。專(zhuān)業(yè)資料.鋼包底吹氬精煉的物理模擬采用水模型實(shí)驗(yàn)，用水模擬鋼液，空氣模擬

4、氬氣。3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定3.1 鋼包底吹氬工藝參數(shù)鋼包主要工藝參數(shù)為：表 1 鋼包主要參數(shù)表鋼包容量 /T鋼包底部徑 /mm鋼包頂部徑 /mm鋼包高度 /mm專(zhuān)業(yè)資料.鋼包鋼液面高度 /mm3.2 水模型的建立模型的幾尺寸，格按照 ()的模型與原形比例制作。鋼包采用有機(jī)玻璃制作，用空氣來(lái)代替氬氣。底部噴嘴用小的氣室來(lái)代替，空氣由空壓機(jī)通過(guò)橡膠管吹入氣室。氣體在氣室混合均勻后由噴嘴吹入。鋼包原型與水模型物理參數(shù)如下表表 2 原型與模型的主要物理參數(shù)參數(shù)鋼包實(shí)際參數(shù)水模模型參數(shù)高度 /mm底部直徑 /mm頂部直徑 /mm鋼液面高度 /mm氣體流量 /m 3 h液體密度 / kg m 33.3 噴吹

5、流量的計(jì)算專(zhuān)業(yè)資料.試驗(yàn)中用水來(lái)代替鋼液，用空氣來(lái)代替氬氣。由(2-1) 、(2-2) 可得：式中：一模型與原型的比例 ()Ar 一氬氣密度，常溫下為1.55 kg m 3空一空氣密度，常溫下為1.25kg m 3水一水的密度，常溫下為1.00 ×l03 kg m 3鋼鋼液密度， 1660 時(shí)為 7.00 ×103 kg m 3代入 (2-3) 可求得： Qm=模型中吹氣量為實(shí)際中的倍。4 實(shí)驗(yàn)案設(shè)計(jì)4.1 工藝參數(shù)的影響（ 1）噴吹氣體流量的影響鋼包的流動(dòng)主要是由底部透氣元傳噴吹的氬氣，在鋼液中形成氬氣泡， 氣泡上浮而引起鋼液的攪動(dòng)，然后氣泡從鋼液面逸出。隨著吹氣量增大，

6、攪拌越強(qiáng)烈。氣泡專(zhuān)業(yè)資料.在上浮過(guò)程中帶動(dòng)夾雜的上浮，攪拌越強(qiáng)上浮越充分，但當(dāng)吹氣量過(guò)大，渣層可能以液滴形式被卷入鋼液而形成夾渣。所以必須優(yōu)化調(diào)整臺(tái)理的工藝參數(shù)。（ 2）底吹氬透氣元件的布置研究表蹲，對(duì)于100t以上大鋼包，多采用單噴嘴噴吹和兩噴嘴噴吹的模式。兩噴嘴噴吹，噴嘴夾角多為90 。或 180 。噴嘴距離中心半徑r 與鋼包底面半徑R 之比 r R 多為 0.4-0.7不等。研究表明，噴嘴靠近包壁，攪拌效果較好，但太靠近鋼包壁，包村因沖刷所受的侵蝕則越重。透氣磚應(yīng)在0.4R 至 0.7R 圍安裝。4.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)通過(guò)優(yōu)化吹氣量以及噴嘴的布置，達(dá)到提高鋼包攪拌能的功效。但試驗(yàn)中，直接測(cè)

7、量攪拌能較為困難。依照參考文獻(xiàn)，取混勻時(shí)間與比攪拌功率的關(guān)系：因此，可用混勻時(shí)間來(lái)簡(jiǎn)潔判定鋼液的攪拌能力，混勻時(shí)間越短，對(duì)鋼液攪拌能力越強(qiáng)。4.3 實(shí)驗(yàn)案在鋼包底部沿直徑向選擇了兩個(gè)不同位置安裝噴，噴到底部中心間距分別為1/2R 、 2/3R 。實(shí)驗(yàn)中采用了五中種式進(jìn)行吹氣攪拌，分別為單噴吹、等半徑雙噴吹夾角為 90 °、等半徑雙噴吹夾角為 180 °、不等半徑雙噴吹夾角為 90 °和不等半徑專(zhuān)業(yè)資料.雙噴吹夾角為 180 °。改變送入氣量的大小， 測(cè)出混勻時(shí)間， 挑選最佳的噴嘴布置式及氣量。表 3 實(shí)驗(yàn)中吹氬量的選擇氣量編號(hào)123456Q （ m 3/

8、h ）Q 單（ m 3雙/h ）注： Q - 生產(chǎn)實(shí)際底吹氣體流量，Q 一實(shí)驗(yàn)底吹氣體流量，Q=O.0139Q噴嘴布置案：(1) 單噴嘴模式采用一個(gè)噴嘴底吹氣攪拌，噴嘴中心離鋼包底部中心的距離分別為1/2R 、 2/3R 。兩種不同的式 (簡(jiǎn)稱(chēng) 1/2R 和 2/3R) 均采取 l 6 個(gè)氣量進(jìn)行噴吹 ,測(cè)出混勻時(shí)間。(2) 等半徑雙噴嘴模式 (夾角 90 °)采用雙噴嘴底吹氣攪拌，兩噴嘴與包底中心連線互相垂直。噴嘴中心離鋼包底部中心的距離分別為1/2R 和 2/3R 。2 種不同的式 (簡(jiǎn)稱(chēng)等徑 1/2R90 °等、徑 2/3R90 °)均采取 l6 個(gè)氣量進(jìn)行

9、噴吹，測(cè)出混勻時(shí)間。(3) 等半徑雙噴嘴模式 (夾角 180 °)專(zhuān)業(yè)資料.采用雙噴嘴底吹氣攪拌， 兩噴嘴在同一條直徑上。 噴嘴中心離鋼包底部中心的距離分別為 1/2R 和 2/3R 。2 種不同的式 (簡(jiǎn)稱(chēng)等徑 1/2R180 °、等徑2/3R180 °)均采取 l 6 個(gè)氣量進(jìn)行噴吹，測(cè)出混勻時(shí)間。(4) 不等徑雙噴嘴模式 (夾角 90 °)采用雙噴嘴底吹氣攪拌，兩噴嘴與包底中心連線互相垂直。這一種式的兩個(gè)噴嘴中心離鋼包底部中心的距離分別為1/2R 和 2/3R ，(簡(jiǎn)稱(chēng)不等徑 90 °)均采取 l 6 個(gè)氣量進(jìn)行噴吹，測(cè)出混勻時(shí)間。(5)

10、 不等徑雙噴嘴模式 (夾角 180 °)采用雙噴嘴底吹氣攪拌，兩噴嘴在同一條直徑上。這一種式的兩個(gè)噴嘴中心離鋼包底部中心的距離分別為1/2R 和 2/3R( 簡(jiǎn)稱(chēng)不等徑 180 °)，均采取 l 6 個(gè)氣量進(jìn)行噴吹，測(cè)出混勻時(shí)間。數(shù)據(jù)記錄表格如下：表 4單單噴嘴模式混勻時(shí)間 /tQ( m 3/h ）1/2R2/3R專(zhuān)業(yè)資料.表 5 雙噴嘴模式混勻時(shí)間 /tQ( m 3/h ）等徑 1/2R90 °等徑 2/3R90 °等徑 1/2R180 °等徑 2/3R180 °不等徑 90 °不等徑 180 °5 實(shí)驗(yàn)裝置及相

11、關(guān)設(shè)備（ 1）實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖 2-6 。專(zhuān)業(yè)資料.圖 2-6 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(2) 附屬儀器空壓機(jī)、氣體流量計(jì)、數(shù)碼攝像儀、電導(dǎo)率儀、記錄儀等。6 實(shí)驗(yàn)法6.1 混勻時(shí)間的測(cè)定測(cè)量混勻時(shí)間分布，通常采用“刺激一響應(yīng)”技術(shù)。其法是：在鋼包中鋼液活躍處輸入一個(gè)刺激信號(hào)，信號(hào)一般使用示蹤劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后在鋼包滯留處測(cè)量該輸入信號(hào)的輸出，即所謂響應(yīng)，從響應(yīng)曲線可得到混勻時(shí)間。要求鋼包底吹氬精煉過(guò)程混勻時(shí)間越短越好。實(shí)驗(yàn)中，將模型中注入水， 達(dá)到要求的液面高度。 打開(kāi)風(fēng)機(jī)，將空氣抽入空壓機(jī)，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，通過(guò)調(diào)整流量計(jì)來(lái)控制歐氣量。預(yù)先歐3 分鐘后，待模型中流動(dòng)穩(wěn)定，將定量的 NaCl 溶液

12、通過(guò)漏斗進(jìn)入液面以下， 緩慢注入噴吹中心附近 (單噴吹 )或兩個(gè)噴嘴連線中心點(diǎn)正上(雙噴吹 )，將電極插入噴嘴遠(yuǎn)端的底部滯留區(qū)。用電導(dǎo)率儀測(cè)量模型中水的電導(dǎo)率變化?；靹驎r(shí)間最終根據(jù)電導(dǎo)率的波動(dòng)不超過(guò)穩(wěn)定值的5% 確定。并用函數(shù)記錄儀記錄變化曲線，然后計(jì)算混勻時(shí)間。每組實(shí)驗(yàn)測(cè)量三次，取三次時(shí)間平均值，將記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)繪制成曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比較，找出最佳的供氣位置。專(zhuān)業(yè)資料.NaCl 溶液圖 27 測(cè)量法7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制曲線，進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)單鋼包底吹氬與雙底吹氬進(jìn)行細(xì)致分析，探尋最優(yōu)的吹氬式，并且確定鋼包底部開(kāi)的合理位置。除此之外，分析供氣量對(duì)鋼包底吹氬鋼包流長(zhǎng)，混勻時(shí)間，溫度場(chǎng)的影響，并得出結(jié)論。專(zhuān)業(yè)資料.參考文獻(xiàn)：1任三兵，義勝 .大型鋼包雙吹氬最佳位置的探討J.鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)， 20