210t RH浸渍管内钢液流动机理的水模型实验研究

采用1∶4的比例建立水力学模型模拟210 t多功能RH浸渍管内钢液流动装置,对钢液流态进行分析,并考察吹氩量、浸渍管插入深度及吹氩孔个数对钢液流场和混匀时间的影响.结果表明:钢包内存在一主回流和大量小回流,并且来自下降管的下降液流和其周围液体形成了液--液两相流,这种流动状态对钢包内的混合及传质起着决定性的作用;本文得到的关于RH钢包内液体的这种流动状态,否定了RH过程的早期研究中关于下降管和上升管间存在"短流"现象的结论.吹氩量、浸渍管插入深度、上层和下层吹氩孔个数对钢液混匀时间的影响都非常明显,其中吹氩量及下层吹氩孔个数的变化对钢液混匀时间的影响趋势较为强烈.     

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%.     

150t钢包精炼过程的物理模拟

在相似原理的基础上,对天津钢管公司150t钢包精炼吹氩过程进行了水模拟实验(模型、原型几何比例为1:4).实验发现,原型钢包吹氩位置不尽合理,透气砖顶面面积偏小,吹氩流量偏大.通过对以上三指标的优化,确定合理的吹氩工艺参数为:将吹氩孔位置由原来的距钢包底中心分别为0.555R和0.634R移动到1/3R处,将透气砖顶面直径由原来的16mm扩大到35mm,吹氩流量减少到0.44m3-h-1.水模拟实验为原型钢包的工艺改进提供了依据.     

RH精炼脱碳与夹杂物控制

为了提高RH精炼处理效率及钢水的洁净度,鞍钢股份有限公司炼钢总厂针对RH精炼装置脱碳、氧含量和夹杂物控制等相关工艺进行了研究和改进.通过控制转炉粗钢液中的碳氧含量、快速提高RH真空度、增加提升钢液的驱动气体氩气流量、吹氧强制脱碳、延长真空脱碳时间、增大插入管管径以及改善插入管形状维护等措施,保证了RH精炼的脱碳效果.通过控制钢包及浇注过程增碳,保证了成品碳稳定控制在20×10-6以下;同时优化了RH精炼升温工艺,并开发硅脱氧、镁脱氧及中间包改质工艺,显著降低了钢坯的全氧含量,降低了冷轧夹杂比率,从而确定了合理的RH冶炼超低碳钢工艺参数及RH精炼搬出后超低碳钢增碳的控制工艺.     

钢包在线底吹氩及夹杂去除的物理模拟研究

采用物理模拟的方法,研究钢包在线底吹氩时,钢包内钢液量、渣层厚度、底吹气体流量等参数对钢包顶部钢液裸露面积的影响,以及钢包在线底吹氩工艺对钢液中夹杂去除率的影响。结果表明,钢包临界卷渣底吹气体流量随着浇铸的进行而逐渐减小;在钢液量相同时,钢包顶部钢液裸露面积随着底吹气体流量的增加而逐渐增大;在底吹气体流量相同时,钢包顶部钢液裸露面积随着钢液液面高度的下降而逐渐减小;渣层越厚,钢液裸露面积越小;在底吹气体流量较小时,透气砖无堵塞与堵塞50%时造成的钢液裸露面积大小相近,但随着底吹气体流量的增加,透气砖堵塞50%时较无堵塞时造成的钢液裸露面积大;钢包在线底吹氩可以提高钢液中夹杂物的去除率。     

吹氩模式对钢包内多相流流动行为影响的数值模拟研究

以某钢厂150 t钢包为对象,通过数值模拟手段研究了吹氩模式和吹氩流量对钢包流场、钢渣界面行为和壁面剪应力分布的影响。结果表明：单孔吹氩模式下,钢包内环流远端流速低,钢渣界面流动不活跃,易导致此处渣层冷凝结壳;双孔等流量吹氩模式下,随着吹氩流量增大,钢渣界面流速增加,但其流动活跃性降低;双孔差流量吹氩下,大吹氩流量时钢渣界面能维持一定范围的活跃流动。当吹氩流量在120～240 L/min范围,单孔吹氩所形成的渣眼面积大于两种双孔吹氩模式;当吹氩流量超过240 L/min,双孔等流量吹氩下渣眼面积最大,双孔差流量吹氩对应的渣眼面积最小。另外,单孔吹氩下壁面剪应力最大,应力面积较小,双孔等流量吹氩下剪应力虽然显著降低,但分布区域面积增大。综上所述,双孔差流量吹氩模式可以在提高钢液精炼效率的同时,降低对钢包内衬耐火材料的流动侵蚀。     

吹氩钢包内气泡聚并破碎和运动行为

基于Euler-Euler双流体模型及PBM模型,建立了吹氩钢包流场数学模型.此模型考虑了吹氩钢包内气液两相之间的曳力、升力、湍流扩散力和气泡的聚并和破碎等因素.研究了气泡聚并破碎对钢包钢液内含气率、气泡速度和混匀时间的影响,并与定气泡直径下的流场进行对比.数值结果表明:PBM模型的预测值更接近实验结果;钢包内气泡分布为中心区域气泡直径大,从中心到气液边界处气泡直径逐渐减小,气液两相区边界处直径最小;在钢包轴线上气泡速度先急剧增加然后缓慢减小,在接近液面处气泡速度又急剧减小.     

透气砖在炉底位置与钢液吹氩行为的数值模拟

以精炼钢包为研究对象,在不同的透气砖位置的条件下,采用多相流模型计算了吹氩后钢包内钢液的流场,通过对流场数值的多元回归,计算了透气砖在钢包底部的最佳位置.结果表明:随着透气砖在钢包底部位置的变化,吹氩对钢液的搅拌效果也有很大的影响,当透气砖位置在钢包底部距中心位置为0.44R0～0.48R0之间时,底吹氩对钢液搅拌得更均匀.     

不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较

通过对新钢改进钢包吹氩工艺后的钢样电解分析发现,改进后的钢包吹氩工艺对大型夹杂物平均去除率达到了34.3%,特别是对于直径大于300μm的大型夹杂物去除率达到100%.利用扫描电镜对所取金相试样进行了夹杂物分析,确定了钢液中夹杂物的类型主要有:硅酸盐和硫化锰.利用金相显微镜对金相样中的显微夹杂物进行统计分析发现,改进吹氩方案下各个粒径范围的显微夹杂物都有一定减少,由此表明改进吹氩方案对显微夹杂物的去除有显著效果.吹氩的合理与否将直接决定钢液中的大型夹杂物和显微夹杂物的去除率.     

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。     

扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动的影响

建立中间包浇铸过程钢-渣-气多相流数学模型,研究稳态浇铸和换钢包过程非稳态浇铸时,扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动行为的影响。结果表明,稳态浇铸时,使用扩张型长水口可以有效减小冲击区内钢液湍动能和液面流速,降低钢液面裸露和钢渣卷混的倾向;换钢包非稳态浇铸时,随着扩张型长水口内径增大,钢液面裸露面积整体逐渐减小,但长水口内径扩张2倍时,会由于排除气体量大,造成钢液面较长时间的裸露;使用内径扩张1.5倍的长水口时,钢液面裸露面积小,没有明显的钢渣卷混,有利于提高钢液纯净度。     

超低碳钢顶渣氧化性对钢液洁净度的影响

为探究降低顶渣氧化性对改善超低碳钢钢液洁净度的影响,在转炉终点至中间包过程中,在多位置取炉渣和钢水试样,分别进行炉渣氧化性、钢液成分和夹杂物分析.实验结果表明:转炉出钢后通过对顶渣改质,渣中T.Fe由转炉终点的19.18％降至RH进站时的4.68％,顶渣氧化性降低明显.渣中T.Fe降低导致钢中[O]的降低,T.Fe较低的炉次平均吹氧量较大,使得铝脱氧前钢中[O]较高.RH结束渣T.Fe与夹杂物数量呈线性关系,T.Fe越低夹杂物数量越少,同时RH结束后夹杂物数量与铝脱氧前钢中[O]无必然关系.顶渣(CaO)/(Al2O3)会影响其吸收Al2O3夹杂物的能力,(CaO)/(Al2 O3)控制不合理的炉次,其夹杂物数量也较多.通过降低顶渣氧化性,热轧板卷缺陷率得到明显降低.     

RH精炼钢中全氧量变化与操作改进

为了使钢中全氧量控制在一个适当的水平,在武钢炼钢总厂RH真空脱气装置对低碳、超低碳钢进行了脱氧净化试验.结果表明,影响全氧去除的因素按作用高低依次是出钢溶解氧水平,溶解氧与钢包渣的交互作用,钢包渣,和真空处理净化时间.通过改进工艺生产了全氧量≤10×10-6,非金属夹杂物尺寸<10μm的清洁钢水,建立了一个钢包内钢水全氧浓度随时间变化的新方程,该方程考虑了全氧的表观平衡含量及环流、扩散传质对去除氧化物夹杂速率的影响.     

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.     

炼钢厂钢包热状态跟踪模型

针对炼钢厂炼钢至连铸全流程,建立了钢包热循环过程钢包热状态跟踪模型,并将包衬温度实测和数值模拟相结合,利用传热反问题修正模型,提高模型的准确度.利用钢包热状态跟踪模型分析了新砌钢包烘烤预热时间、空包时间、离线烘烤时间和包衬侵蚀等因素对钢水温度的影响规律.结果表明:新砌钢包烘烤预热时间从480min增加到780min,可使新包第一次热循环中钢水总温降减少15.6℃;空包时间为540min时,钢水温降比正常周转包增加14.6℃;空包时间越长,离线烘烤减少钢水温降的效果越明显;当空包时间为540min时,进行240min离线烘烤,可使钢水总温降减少11.0℃;包衬侵蚀可使钢水总温降最大增加9.3℃.     

Cleaning IF molten steel with dispersed in-situ heterophases induced by the composite sphere explosive reaction in RH ladles

A novel fine inclusion removal technology was put forward with dispersed in-situ heterophases induced by the composite sphere explosive reaction. A composite sphere with this function was designed and prepared using a laboratory scale batch-type balling disc (at 12 r/min), and the composite sphere was fed at the end of the RH refining process. The results indicate that inclusions in the IF molten steel can be removed effectively by feeding composite spheres in RH ladle. Compared with conventional inclusion removal technology, using this novel technology, the amount of oxide inclusions can be decreased to a lower level and the inclusion size becomes finer, the total oxygen content in the as-cast slab can approach 5×10?6, and the cost per ton of steel produced can be reduced by 5-12 Yuan RMB.     

180t LF水模拟实验研究

以某炼钢厂180 t钢包炉为原型,根据相似理论,通过水模型实验,分别考察了精炼过程中底吹位置、加料位置及底吹气量等操作参数对钢包内钢液混匀状况的影响,得出了各参数对钢包混匀状况的影响规律.综合考虑水模型实验过程中的现象和其他因素,得出180 t钢包炉最佳操作参数:最适宜底吹位置在0.3R附近,最适宜的加料位置在底吹喷嘴正上方,正常精炼时的底吹搅拌气量为40~90 m3/h;钢包炉精炼及微调成分后,最佳取样位置在钢包炉加料部位,取样前应至少搅拌2 min.     

真空脱气过程中钢水温降的理论分析

为了研究真空脱气过程中影响钢水温降的主要因素,从而找到对应的措施控制钢水温降,对VD过程的传热模式和传热机理进行了分析,根据国内某厂的实际情况,结合数值模拟方法分别得到了烘烤过程和LF加热过程中钢包温度场的变化,以LF结束时的温度值作为初始值对VD过程的温度场进行了模拟。根据模拟结果分别计算了渣面和钢水裸露面的热辐射、钢包衬蓄热、包壁和包底的传导散热和氩气吸热等因素造成的钢水散热量,对其影响程度进行了评估。通过计算发现,渣面、钢水裸露面的热辐射和包衬蓄热是造成VD过程钢水温降的主要因素,分别根据各个因素的影响特点提出了控制钢水温降的具体措施。