精煉和連鑄反應(yīng)器內(nèi)夾雜物物理行為的研究.pdf

1、鋼的純凈度對(duì)其性能、強(qiáng)度及耐蝕性和抗脆斷能力有直接的影響。對(duì)高質(zhì)量不斷增長(zhǎng)的要求促使煉鋼生產(chǎn)者不斷提高產(chǎn)品的純凈度。非金屬夾雜物控制技術(shù)是現(xiàn)代純凈鋼生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一。夾雜物的來(lái)源與煉鋼、二次精煉、連鑄及軋鋼、熱處理等工藝過(guò)程密切相關(guān)，同時(shí)受設(shè)備、操作、工藝、管理等因素的影響。 吹氬鋼包和RH真空精煉裝置是目前應(yīng)用廣泛的兩個(gè)主要精煉反應(yīng)器，連鑄中間包已成為去除夾雜物的重要場(chǎng)所，但目前對(duì)這幾個(gè)反應(yīng)器中夾雜物行為的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到期

2、望的程度，因此，開(kāi)展精煉和連鑄反應(yīng)器內(nèi)夾雜物行為研究不僅具有重要的科學(xué)意義，而且對(duì)純凈鋼的生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本論文采用物理模擬的研究方法對(duì)上述三個(gè)反應(yīng)器內(nèi)夾雜物的物理行為進(jìn)行研究。 首先確立了模擬夾雜物選擇的理論標(biāo)準(zhǔn)，以保證模型與原型夾雜物的運(yùn)動(dòng)相似，即找出模型與原型夾雜物尺寸與模型及原型夾雜物的密度、幾何相似比及本體密度的定量關(guān)系，R<,inc,m>/R<,inc,p>=λ<'0.25>(1-ρ<,inc,p>/ρ<

3、,st>)<'0.5>/(1-ρ<,inc,m>/ρ<,w>)<'0.5>。在此基礎(chǔ)上選擇一種可以模擬夾雜物的碰撞與長(zhǎng)大這一重要物理行為的模擬夾雜物，從而更真實(shí)地再現(xiàn)夾雜物在鋼液中的行為。 在吹氬鋼包的物理模擬中，研究了噴嘴和透氣磚吹氣條件下，時(shí)間、吹氣量對(duì)偏心底吹鋼包內(nèi)夾雜物去除行為的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)通過(guò)噴嘴吹氣時(shí)，吹氣8min可將絕大部分的夾雜物去除；而通過(guò)透氣磚吹氣時(shí)，較小氣量和較大氣量分別在8min和16min內(nèi)可將絕大部

4、分的模擬夾雜物去除，無(wú)論是通過(guò)噴嘴還是通過(guò)透氣磚吹氣，所有氣量在28min內(nèi)可將能夠去除的模擬夾雜物幾乎全部去除。在這兩種吹氣方式下，大氣量(14.26×10<'-2>Nm<'3>/h和16.63×10<'-2>Nm<'3>/h)均有較佳的去夾雜效果；在較小氣量范圍內(nèi)(1.19×10<'-2>～3.56×10<'-2>Nm<'3>/h)，通過(guò)噴嘴吹氣時(shí)存在一個(gè)最佳去夾雜氣量，而通過(guò)透氣磚吹氣時(shí)各氣量均有較好的去夾雜效果且相差不大。在較小

5、氣量范圍內(nèi)通過(guò)透氣磚吹氣的去夾雜效果要明顯好于通過(guò)噴嘴吹氣。 究其原因，噴嘴吹氣時(shí)，被鋼液循環(huán)流輸送到近表面層的夾雜物在較小和較大氣量范圍內(nèi)分別主要通過(guò)斯托克斯上浮和跟隨近表面層流體的湍流脈動(dòng)(湍流擴(kuò)散)到達(dá)渣-金界面而去除。透氣磚吹氣時(shí)，較小氣量范圍內(nèi)，夾雜物主要通過(guò)吹氣所形成的循環(huán)流輸送夾雜物到鋼包近表面層上浮去除以及與大量彌散的小氣泡粘附上浮到渣一金界面去除；較大氣量范圍內(nèi)，夾雜物的去除方式與噴孔吹氣較大氣量范圍內(nèi)的去夾雜

6、方式相同。在RH真空精煉的物理模擬中，通過(guò)對(duì)處理時(shí)間、提升氣量、真空室內(nèi)液面高度對(duì)夾雜物去除行為研究發(fā)現(xiàn)：RH處理12min能去除絕大部分模擬夾雜物；24min可將能夠去除的夾雜物幾乎全部去除；較大提升氣量的去夾雜效果優(yōu)于較小提升氣量的去夾雜效果，但提升氣量存在一個(gè)最佳值，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，20Nl/min為最佳的去夾雜提升氣量；真空室內(nèi)的液面高度也存在一個(gè)最佳值，本實(shí)驗(yàn)中為46mm，表明真空室有一最優(yōu)的去夾雜真空度。 通過(guò)對(duì)吹氬鋼包

7、和RH裝置內(nèi)夾雜物去除過(guò)程的規(guī)律進(jìn)行理論分析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)夾雜物的去除行為均服從指數(shù)速率公式，該去除過(guò)程可以看作是一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。 對(duì)于應(yīng)用廣泛的多流中間包，建立了其內(nèi)流動(dòng)特性的分析模型，提出了多流中間包內(nèi)的活塞區(qū)、混合區(qū)、死區(qū)體積分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法，并結(jié)合一6流圓坯連鑄中間包的物理模擬，對(duì)已有的四種不同的分析模型和本文所提出的分析模型進(jìn)行了對(duì)比，表明了本文提出的分析模型的合理性。這為多流中間包有效去除夾