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1、1重钢 85t 复吹转炉水模实验摘 要 进行了 85t 复吹转炉水模实验，研究了枪位、底吹流量对转炉熔池混匀时间、炉口喷溅量、冲击深度和液面扰动的影响。实验表明，获得最大搅拌能的枪位在 50100mm。枪位在 90110mm 时，由射流机械冲击引起的物理喷溅量达到最大。底吹流量对液面扰动的影响，在不同的枪位范围影响规律不同。提出了重钢复吹转炉操作工艺改进参数。关键词 复吹转炉；水力学模型；混匀时间；喷溅量；冲击深度；液面扰动Hydraulic Model on 85 t Top-Bottom Combined Blown Converter in CISCYU Yangyang，TANG Pi
2、ng（College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing , China）LONG Yiju，Chen Wenman，LIANG Qing，AN Changxia（Steel-making Plant in CISC, Chongqing , China）Abstract：The effect of lance level and bottom blowing flowrate on mixed time、spraying、penetrating depth and level fluctu
3、ation have been studied at a 85t combined blown converter by using hydraulic model. Results show that when the top lance level is at the range of 50100mm the maximal stirring energy is provided to the bath. When the top lance level is at the range of 90110mm, the spraying caused by top lance penetra
4、ted can be reached the maximal one. The rules of the effect of bottom blowing flowrate on surface fluctuation are different at the varied top lance level. The operational parameters of CISC converter are provided.Key Words：Combined blowing converter；Hydraulic model；Mixed time；Spraying；Penetrating de
5、pth；level fluctuation1 前言复吹转炉的技术已比较成熟，但由于各厂转炉的具体情况各异，所以仍有许多具体问题需要进行研究，以充分发挥复吹转炉的优势和特点。重钢炼钢厂在采用了复吹技术后，与原有的顶吹比较取得了较好的冶金效果，但对复吹工艺参数的正确设定还缺乏系统的认识。本文通过对重钢 85复吹转炉进行水模实验，研究了顶枪枪位、底吹气体流量对熔池搅拌、炉口喷溅量、冲击深度和液面扰动的影响，为重钢复吹转炉确定合理的操作参数提供理论依据。重钢复吹转炉平均装入量 85t。顶枪为 4 孔拉瓦尔喷头，供气流量 17000Nm3/h，纯吹氧时间 17min。底吹供气元件为双环缝喷嘴，炉底布置如
6、图 1 所示，底吹供气参数根据冶炼钢种不同，分 A、B、C 三种，如表 1 所示。图 1 底吹元件位置布置图Fig.1 Schematic plan of bottom blown elements表 1 不同底吹模式供气参数（单位：Nm 3/h）2Tab.1 Parameters in different bottom blown patterns模式 过程吹氩流量 出钢吹氩流量 过程吹氮流量 溅渣吹氮流量A 480 240 240 480B 350 240 240 480C 240 240 240 4802 实验方法及原理 2.1 实验原理实验采用相似原理对复吹转炉进行模拟。由于钢液质量较
7、大，水模实验中主要考虑惯性力和重力。又由于复吹过程是气液两相流的作用，因此相似准数采用修正的弗劳德准数 1，即 Fr =Fr，Fr 、Fr分别为模型和原型的修正弗劳德准数。模型按 18 比例制作。实际生产中氧枪出口流速为超音速，而模型喷枪出口流速为亚音速流。当以模型上的亚音速流模拟原型超音速流时，由于枪位的几何相似，会造成模型上射流与熔池接触面积偏大而中心流速偏低，因此实验对模型喷枪的枪位进行了修正，即用模型枪位减去相应的修正项 2。在本实验条件下，枪位的修正值为 80mm。实验所取枪位为各模型枪位减去修正值。由此，可计算出在保证模型与原型动力学相似条件下，模型所需的参数。模型与原型参数对应值
8、如表 2、表 3 所示。表 2 模型与原型枪位对照表Tab. 2 Relation of model lance level and original lance levelh 20 40 60 80 100H 800 960 1120 1280 1440h 120 140 160 180 200H 1600 1760 1920 2080 2240注:H原型枪位/mm；h模型枪位/mm表 3 模型与原型流量对照表Tab.3 Relation of Q and QQt 23顶吹 Qt 17000Qb 0.08 0.12 0.13 0.14 0.16 0.18Qb 40 130 135 160 2
9、00 240Qb 0.19 0.22 0.25 0.27 0.32底吹Qb 300 350 470 480 680注: Q b模型底吹流量（单枪流量） /m3/h；Q b原型底吹流量/Nm 3/h；Qt模型顶吹流量/m 3/h；Q t原型顶吹流量/Nm 3/h；2.2 实验方法在转炉炼钢过程中，控制熔池的搅拌，是有效控制转炉炼钢过程熔池反应热力学条件及动力学条件的关键。实验采用测试混匀时间的方法来确定不同吹炼模式下，熔池搅拌能的大小。射流对熔池的冲击，将导致金属熔池的物理喷溅。喷溅大，不仅易导致粘枪、粘炉口，而且熔池内物质从炉口喷出，导致金属和热量损失。顶枪射流对熔池的冲击，使得熔池产生一定的
10、冲击深度，冲击深度不同，对熔池的搅拌也就不同，氧气对熔池元素的氧化反应强弱也就有所不同。因此，实验通过测试混匀时间、冲击深度和炉口喷溅量，来达到实验目的。炼钢过程希望熔池具有强的界面反应能，有利于钢渣界面脱磷、脱硫反应。实验采用测试熔池液面扰动大小的方式，来反映熔池界面反应的动力学条件。3 实验结果与讨论3.1 影响混匀时间的因素研究通过复吹水模试验，在固定顶枪流量为 23m3/h 时，得到复吹模式下，顶枪枪位与混匀时间的关系如图 2 所示；底吹流量与混匀时间的关系如图 3 所示。3图 2 顶枪枪位与混匀时间的关系Fig.2 Relation between top lance level a
11、nd mixed time 由图 2 可知，复吹条件下，由于顶吹气流与底吹气流能量的交互影响、叠加，随着枪位的降低，混匀时间先减小后增大，有一个最小值存在，获得最大搅拌能的枪位在 50100mm 。203040506070800.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35底 吹 流 量 /m3/h混匀时间/s实 验 枪 位 60mm实 验 枪 位 80mm实 验 枪 位 100mm实 验 枪 位 120mm实 验 枪 位 140mm图 3 底吹流量与混匀时间的关系Fig.3 Relation between bottom flowrate and mixed time 由图 3 所示，随
12、底吹流量的增加，混匀时间总的呈下降趋势。在一定的枪位范围内，有一最低混匀时间值，即获得最大搅拌能的流量。说明该点正是顶枪流股与底枪流股达到最好配合，获得最大搅拌能的位置。图中表明，枪位在 60120mm 范围，获得最大搅拌能的底吹流量为 0.16m3/h。3.2 影响炉口喷溅量的因素研究图 4 反映了顶枪流量固定时，顶枪枪位与炉口喷溅量的关系。实验表明，纯顶吹与复吹相同，炉口喷溅量都是随着枪位的增加，喷溅量先增大后减小。顶枪枪位在 90110mm 时，炉口喷溅量达到最大。复吹条件下，由于底吹气流的作用，与纯顶吹相比，由射流机械冲击引起的物理喷溅减弱。但底吹气体流量的变化对于喷溅量的影响没有明显
13、的规律性。因此，从减小炉口喷溅量的角度，并结合混匀时间最短时枪位的选择，顶枪枪位应该选择在5080mm 之间，避免枪位在 100mm 时，炉口喷溅量最大。4图 4 顶枪枪位与炉口喷溅量的关系Fig.4 Relation between top lance level and spraying around furnace mouth3.3 影响冲击深度的因素研究 实验表明，当底吹流量一定时，熔池的冲击深度随着枪位的升高而减小，冲击深度的变化范围在40120mm。当枪位大于 120mm，随枪位的升高，冲击深度变化不明显；当顶枪枪位一定时，随底吹流量增加，底吹流量对冲击深度的影响微弱。图 5 反映
14、了熔池冲击深度与混匀时间的关系。由图 5 可知，混匀时间随着冲击深度的增加先减小后增大，当冲击深度在 6090mm 之间时，熔池的混匀时间有最小值。冲击深度大于 90mm 以后，混匀时间又有所增加。因此，复吹条件下，冲击深度并非越深越好，较浅的冲击深度也可以达到好的搅拌效果。图 5 熔池冲击深度与混匀时间的关系Fig.5 Relation between penetration depth of molten bath and mixed time3.4 影响液面扰动的因素研究图 6、图 7 分别反映了顶枪流量固定时，顶枪枪位、底吹流量与液面扰动的关系。由图 6 可知，在底吹流量一定时，液面扰
15、动随着枪位的升高，先增大后减小。复吹条件下，在较大枪位范围内，熔池内都可获得较大的液面扰动。实验表明，在实验枪位小于 60mm，大于 140mm 时，熔池反应界面能减小。由图 7 反映，枪位在低、高枪位（20mm、140mm、180mm）时，增大底吹流量，液面扰动呈增大的趋势，有利于界面反应的进行。枪位在中枪位（60mm 、100mm ）时，液面扰动先减小后增大，在底吹流量为 0.16m3/h 时，也就是获得最大搅拌能的底吹流量条件下，熔池表面扰动出现最小值。根据能量守5衡的原理，此时复吹供入的能量，主要用于熔池内部，熔池获得的界面反应能相对则弱。图 6 枪位与液面扰动的关系Fig. 6 Re
16、lation between top lance level and level fluctuation图 7 底枪流量与液面扰动的关系Fig. 7 Relation between bottom flowrate and fluctuation4 重钢复吹工艺参数的建立根据上述基础研究，提出如下工艺制度：冶炼前期，为快速成渣、脱磷，须控制熔池冲击深度，保证熔池内有足够的（FeO） ，界面反应能大，同时还须防止喷溅，顶枪枪位控制在高枪位 120140mm，底吹流量为 0.180.22m3/h。实际枪位为16001760mm，底吹流量为 240350Nm3/h.。冶炼中期，为快速脱碳、升温，熔池内既需要强的搅拌强度，但又须保证熔池内有足够的（FeO） ，防止后期熔池返干。采用中等枪位，适当控制熔池冲击深度，顶枪枪位控制在 6080mm ，底吹流量为0.140.16m3/h。实际枪位为 11001300mm，底吹流量为 160200Nm3/h。冶炼后期
