基于废气分析的RH脱碳模型

为连续预测RH熔池内碳含量,实现对RH脱碳终点碳含量控制,以物质C平衡为基础,通过对某钢厂250 t RH废气分析系统分析的废气流量以及废气中CO、CO2含量进行连续监控,建立了基于废气分析的RH脱碳数学模型.该模型计算表明:对于冶炼成品中碳质量分数≤30×10-6的超低碳钢,模型计算RH脱碳终点碳质量分数误差都在±5×10-6之间;在RH脱碳后期,废气中CO+CO2质量分数低于5%时,熔池内脱碳速率低于10-6 min-1,此时可判定脱碳结束.同时结合现场工艺条件分析了压降平台以及吹氧操作对RH脱碳速率的影响.     

150t复吹转炉熔池传质及合适的底吹气量

通过水模型实验研究了复吹转炉中顶吹、底吹及熔池产生的CO气流对熔池的搅拌作用。按正交实验设计法,由实验得出吹炼中期和后期影响熔池内传质的主要因素及合适的顶吹和底吹气量。在高速脱碳期,顶吹和底吹气流的搅拌作用与CO气流的相比可忽略不计;在脱碳后期,底吹气流对熔池的搅拌起主要作用。在吹炼后期,底吹气量为5Nm~3/h时可达到最佳的搅拌效果。根据水模型实验结果,回归整理出混匀时间和容量传质系数的准数方程。     

侧底复吹RH精炼装置内的钢液流场及循环流量

采用数值模拟方法考察了钢包底吹位置对侧底复吹RH装置内流体流动及循环流量的影响.计算结果表明:在钢包底吹条件下,当底吹位置和钢包中心连线与浸渍管中心连线夹角一定时,随着底吹位置至钢包中心距离的增大,循环流量先增大后减小;当底吹位置至钢包中心距离一定时,循环流量随夹角的增大而减小;与现有RH吹氩方式相比,当采用侧底复吹且钢包底吹气量保持在200 L/min时,循环流量可提高25%以上;当关闭上升管侧吹且仅采取钢包底吹时,与现有RH吹氩方式相比,循环流量可提高60%~100%.     

70 t单管RH冶金传输行为的数值模拟

为了深入了解70 t单管RH内的冶金传输过程,分别采用欧拉-欧拉方法、示踪剂输运方程和碳氧质量分数输运偏微分方程组描述RH内钢液流动行为、混匀过程和脱碳过程。数值模拟结果表明:随着真空度由250 Pa降低到50 Pa,循环流量和混匀时间保持不变,钢液中碳质量分数由81.8×10-6降低到34.3×10-6;随着底吹氩气量由100 L/min增大到500 L/min,循环流量由23.1 t/min增加到42.2 t/min,均混时间由179 s下降到100 s,钢液中碳质量分数由72.6×10-6下降到47.5×10-6。预测的脱碳曲线与工业实验数据符合良好;提高单管RH底吹氩气量,有利于提高循环流量,减少均混时间,降低钢液中碳元素质量分数。     

RH脱碳过程中极低氧钢水的碳氧反应机理

BOF+LF+RH+CC工艺路线生产IF钢,在RH脱碳前,钢水经脱氧和LF精炼后,钢中自由氧达到极低水平.根据表观脱碳速率常数的不同,这种极低氧钢水的RH脱碳可以划分为四个阶段.与传统三个阶段的RH脱碳不同的是在低速脱碳阶段和快速脱碳阶段存在一个脱碳速率介于两者之间的过渡阶段.在正规溶液模型的基础上,建立了能够准确预报钢液氧含量及顶渣FeO含量的RH脱碳模型.结果表明:在RH吹氧前,极低氧含量的钢液与顶渣之间基本不传氧;吹氧之后,钢液氧含量呈线性增加,当钢液氧势大于顶渣氧势后,钢液向顶渣传氧,渣中FeO含量上升;RH处理结束FeO含量较处理初始有所回升,但是仍处于极低水平,能够有效降低顶渣对钢液的二次氧化.     

采用烟气分析法对转炉吹炼过程临界碳含量的研究

采用烟气分析方法连续获得转炉炉内脱碳反应信息,通过倒推计算法研究了转炉吹炼过程中钢水脱碳速度转折点的临界碳含量.结果表明:熔池搅拌能对反应后期脱碳速度转变的临界碳含量影响比较大,随着底吹供气强度增加,搅拌强度增强,临界碳含量[C]d降低,当熔池搅拌能大于一定值时熔池搅拌能变化对临界碳含量[C]d影响不大.对于顶吹转炉,供氧强度对临界碳含量[C]d影响很大,随着供氧强度提高,临界碳含量[C]d显著降低.     

CO2在转炉冶炼中低碳铬铁过程中的探索性应用

探索了一种采用转炉由高碳铬铁“一步法”冶炼中低碳铬铁的新工艺。该工艺与氩氧混吹脱碳法( Argon Oxygen De-carburization,AOD)类似,不同之处在于用CO2代替氩气作为搅拌气体吹入熔池。实验结果表明：采用CO2对高、中碳铬铁脱碳是可行的;在高碳铬铁冶炼中碳铬铁初始阶段大量喷吹CO2能取得更好的脱碳效果,而在冶炼后期,高比例的O2适量添加CO2则更有利于脱碳,在当前实验条件下,较佳的脱碳气氛为25%CO2+75%O2(体积分数);CO2的引入对提高铬的回收率有积极作用,同时CO2含量越高,保铬效果越好。实验同时发现,CO2对高碳铬铁脱硫有积极作用。     

复吹转炉熔池内流体流动的数值模拟

建立了描述复吹转炉熔池内流体流动的数学模型,采用PHOENICS（Parabolic Hyperbolic or Elliptic Numerical Integration Codes Series）商用软件模拟计算．根据模拟计算结果分析了底吹、顶吹、顶底复吹等不同工况下熔池内不同截面流体的流动状况和速度分布,得出各喷枪正常工作情况下,熔池内的流动是以转炉中心轴对称的三维流动,底吹、顶吹搅拌流动的动力主区和流动迟缓的旋涡区,提出在实际生产中应设法减少或消除的流动“死区”,转炉采取顶底复吹工艺时,底吹喷枪的合理布置位置应在熔池直径的（0．5～0．7）倍圆周上．     

顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程的数学模拟——过程数学模型

对顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程提出了一个数学模型。该模型假设低压下顶吹入的氧,部分与逸出熔池的CO反应,部分使生成的钢液滴内各元素氧化,其余经射流冲击坑向钢液渗透和溶解;进入熔池的氧使钢中的碳、铬、硅、锰和铁氧化,生成的FeO是一中间产物。所有可能的氧化-还原反应分别在钢液/熔渣及钢液/气泡界面同时发生,并在竞争中达到其各自的综合平衡。在较高碳含量下,各元素氧化速率主要与吹氧量有关;在低碳含量下,脱碳速率主要取决于钢中碳的传质。吹入钢液未反应的氧不在钢中溶解和积聚,逸出熔池并参与熔池上方炉气内CO的二次燃烧。以多层复合壁的二维瞬态导热处理了炉壁传热,考虑了各操作因素及不等温状态等的影响。     

RH冶炼超低碳钢内部脱碳机理及控制工艺

为了研究RH真空处理过程脱碳反应速率及其影响因素,并有效地控制超低碳钢在RH真空处理过程中碳含量的变化,根据热力学、动力学原理建立了RH真空处理脱碳数学模型,通过RH真空处理脱碳数学模型研究了内部脱碳反应深度和脱碳速率之间的关系.模型计算结果表明,反应深度的变化和内部脱碳的反应速率是相对应的,采取预真空操作,提升了反应深度,淡化了前期脱碳转折点的影响,加速了前期的脱碳反应,并在RH处理后期找到了内部脱碳向表面脱碳转变的时间临界点.     

Decarburization rate of RH refining for ultra low carbon steel

The decarburization behaviors of ultra low carbon steel in a 210-t RH vacuum degasser were investigated under practical operating conditions. According to the apparent decarburization rate constant (K_C) calculated by the carbon content in the samples taken from the hot melt in a ladle at an interval of 1–2 min, it is observed that the total decarburization reaction period in RH can be divided into the quick decarburization period and the stagnant decarburization period, which is quite different from the traditional one with three stages. In this study, the average apparent decarburization rate constant during the quick decarburization period is 0.306 min-1, and that of the stagnant period is 0.072 min-1. Increasing the initial carbon content and enhancing the exhausting capacity can increase the apparent decarburization rate constant in the quick decarburization period. The decarburization reaction comes into the stagnant decarburization period when the carbon content in molten steel is less than 14×10-6 after 10 min of decarburization.     

超低碳铝镇静钢冶炼过程氮含量的控制

针对企业冶炼超低碳铝镇静钢过程中增氮量高、波动大及控制不稳定的问题,采用工艺数据统计和现场取样的手段,系统梳理了冶炼过程钢液脱氮和增氮的主要环节和影响因素.转炉脱碳期和真空处理是脱氮的主要环节,碳氧期的总脱碳量高则终点氮含量低;转炉底吹N2/Ar切换点在吹炼70%以前对终点氮含量影响不大;VD在无氧条件下脱氮有利,RH则在有氧条件下脱氮有利.控制钢中溶解氧>200×10-6则出钢过程增氮可控制在5×10-6以下;炉料的氮带入是真空精炼环节增氮的重要因素,最高达11×10-6;采用密封垫+吹Ar的保护方式,增氮量最低为1×10-6.     

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

夹杂物去除是钢液精炼的重要任务之一。目前与去除夹杂物相关的工艺方法主要有:钢包-电磁搅拌和钢包底吹氩;RH及RH侧底复吹;中间包-控流装置、气幕挡墙和通道电磁感应加热;结晶器电磁搅拌与电磁制动和水口吹氩。本文总结了钢水精炼中各个反应器去除夹杂物的方法和机理,并分析了影响夹杂物去除效率的主要因素,为钢水二次精炼的夹杂物去除工艺优化提供理论依据和参考。     

旋转磁场作用下真空精炼装置内脱碳过程的模拟研究

为了了解旋转磁场下真空精炼装置内的脱碳反应,对RH装置内钢液流场与脱碳过程进行了耦合计算;采用修正的均相流模型计算流场,避免了先前的一些不具推广性的方法,如简化计算区域或者预先规定含气率分布等.分别对有、无旋转磁场作用时的RH系统进行了模拟计算.模拟结果表明:流场和脱碳过程与现有文献中实验结果相符合;当旋转磁场作用后,磁感应强度为0.04 T时,初期脱碳速度比无旋流作用时增加了约15%,这是由于旋流增加了系统的搅拌能,提高了脱碳反应速率.脱碳反应进行到最后阶段,不同磁感应强度下的碳含量趋于同一稳定值.     

RH真空精炼脱碳速率的物理模拟研究

以某钢厂210 t RH装置为研究对象,利用水力模型对现场生产过程进行物理模拟,研究驱动气体流量、顶吹气体流量、枪位、浸入深度和真空度对脱碳速率的影响.结果表明,随顶吹气体流量的增大,脱碳速率明显增大;随插入管浸入深度的增大,脱碳速率略有增大;随真空度的增大、枪位的减小,脱碳速率逐渐增大;驱动气体流量对脱碳速率的影响很小.真空度为3 616 Pa、枪位为40 mm、插入管浸入深度为125 mm、驱动气体流量为4.0 m3/h和顶吹气体流量为4.8 m3/h时,脱碳速率最大.     

Modeling study on the flow patterns of gas-liquid flow for fast decarburization during the RH process

A water model and a high-speed video camera were utilized in the 300-t RH equipment to study the effect of steel flow patterns in a vacuum chamber on fast decarburization and a superior flow-pattern map was obtained during the practical RH process. There are three flow patterns with different bubbling characteristics and steel surface states in the vacuum chamber:boiling pattern (BP), transition pattern (TP), and wave pattern (WP). The effect of the liquid-steel level and the residence time of the steel in the chamber on flow patterns and decarburization reaction were investigated, respectively. The liquid-steel level significantly affected the flow-pattern transition from BP to WP, and the residence time and reaction area were crucial to evaluate the whole decarburization process rather than the circulation flow rate and mixing time. A superior flow-pattern map during the practical RH process showed that the steel flow pattern changed from BP to TP quickly, and then remained as TP until the end of decarburization.     

210 tRH精炼过程的混匀特性

以某钢厂210tRH真空精炼装置为原型,根据相似原理建立1﹕4水模型,研究了吹气量、浸入深度、真空度以及气孔堵塞对混匀时间的影响。结果表明,RH混匀时间随着吹气量的增加而呈现减小的趋势;随着浸入深度的增加先减小后增大,并存在最佳浸入深度480 mm;随真空室压力的减小而减小;随着吹气孔堵塞个数的增加先减小后增加。利用粒子成像测速技术( particle image velocimetry,PIV)测量了RH精炼过程钢包内二维流场,与数值模拟结果对比,发现钢包内的流体运动主要是从下降管到上升管的循环流动以及下降管周围的回流运动,不活跃区主要集中在渣-钢界面以下浸渍管浸入深度范围内。     

RH生产超低碳钢的工艺优化

通过建立ＲＨ真空处理脱碳数学模，研究了「Ｃ」０、「Ｏ」０、吹氩流量、浸入管内径对脱碳效果的影响，模型计算结果表明，针对某厂ＲＨ处理工艺，若适当提高转炉出钢「Ｃ」，降低出钢「Ｏ」，即可满足钢中「Ｃ」的要求，又可降低脱碳终点「Ｏ」从而减少脱氧合金的消耗。