高品質(zhì)特殊鋼中微氣泡快速過濾去除夾雜物技術研究.pdf

1、非金屬夾雜物是影響軸承鋼等高品質(zhì)特殊鋼性能如疲勞壽命的重要原因，鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸和分布是衡量軸承鋼重要的質(zhì)量指標。在現(xiàn)有高品質(zhì)特殊鋼的生產(chǎn)工藝流程中，對非金屬夾雜物的控制大多通過LF、RH或者VD環(huán)節(jié)精煉處理，而LF、RH和VD等精煉環(huán)節(jié)在去除非金屬夾雜物時需要很長的時間。這些精煉工藝雖然能生產(chǎn)出高品質(zhì)特殊鋼，但是生產(chǎn)的效率比較低。如何提高鋼水去除夾雜物的效率成為優(yōu)化軸承鋼等高品質(zhì)特殊鋼生產(chǎn)工藝的難點和關鍵，本文研究內(nèi)容為“

2、十二五”攻關國家科技支撐計劃課題的研究任務之一，重點研究鋼水中固態(tài)微小夾雜物的高效快速去除技術，為開發(fā)高品質(zhì)特殊鋼的快速去除夾雜物的生產(chǎn)工藝裝備提供實驗室數(shù)據(jù)和理論基礎。
　　本文分析研究了單一氣泡上升過程中通過粘附或尾流捕捉夾雜物上浮而去除的機理、特點等，比較全面地重點研究了氣泡尾流帶動夾雜物上浮而被去除的過程、規(guī)律和影響因素。深入研究了常規(guī)底吹氬去除夾雜物熔池中大氣泡氣液兩相流和彌散微小氣泡氣液兩相流去除夾雜物規(guī)律、影響因素以

3、及機理。在此基礎上研究了擴大熔池中微小氣泡區(qū)域去除夾雜物的效果，分析了大區(qū)域彌散微小氣泡和覆蓋渣去除夾雜物的機理，設計出了實際鋼包熔池內(nèi)彌散微小氣泡過濾快速去除夾雜物的技術。研究結果表明:
　　(1)對于單氣泡而言，細小氣泡有利于夾雜物通過粘附被去除，大氣泡有利于夾雜物通過尾流卷吸帶引上浮被去除。氣泡直徑、夾雜物直徑和夾雜物濃度對氣泡的粘附速度和俘獲速度影響較大。
　　(2)研究表明在相同流量下彌散微小氣泡氣液兩相流內(nèi)氣泡數(shù)

4、量多，分散度和比表面積大，去除夾雜物效率顯著高于大氣泡氣液兩相流。底吹流量超過一定臨界值時，彌散式透氣磚產(chǎn)生的彌散微小氣泡發(fā)生碰撞聚合長大，氣泡群去除夾雜物的效果變?nèi)?。常?guī)底吹氬去除夾雜物不足之處是產(chǎn)生的彌散小氣泡群區(qū)域有限。
　　(3)實驗發(fā)現(xiàn)增加微小氣泡兩相流在熔池中分布的比例，可大幅度提高夾雜物去除效率。在相同流量情況下，采用全熔池彌散微小氣泡方式的夾雜物去除效率是普通狹縫式單底吹的1.7倍，處理4 min即可達到97％的去

5、除率。
　　(4)在鋼包底吹氬過程中夾雜物主要通過氣泡粘附、液流帶引上浮到鋼渣界面后被覆蓋渣吸收而去除。底吹流量相同時，彌散小氣泡群的排渣面直徑小，對鋼渣界面的攪動程度也小，夾雜物去除效率高。上浮夾雜物與渣層接觸頻率最高的區(qū)域為排渣口處的渣鋼界面。隨著底吹磚個數(shù)的增加，渣鋼界面處的氣泡作用區(qū)域擴大，湍流強度減小，有利于渣層去除夾雜物。
　　(5)結合生產(chǎn)過程中鋼包結構和運行特點，提出了在實際鋼包熔池內(nèi)實現(xiàn)大區(qū)域分布彌散微小氣