熔池搅拌能的分析

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1、1 9 9 1 1 1 1 重 掌 节锻 l ， l 巷 苇6 期 1 0uR NAl OF( HO N( j Q1 N( ；U N1 VE R S I 1 Y V j 1 1 4 6 N0V1 99l 顶、 底吹氧及天然气复吹转炉 熔池搅拌能的分析 AN ANALYSI S OF STl RRl NG EN ERGY OF BOTTOM BLOW N O2 AND CH l N THE COM B I NED BL 0W N CONVERTER 文 光 华 唐萍 颜 广 庭 W e n Ga n g h u a Ta n g Pi n g Ya n Gu a n g t i n g ( 重庆

2、大学冶金及材料工程 系) 摘 要 针对底吹氧 气和天然 气的复吹转炉， 建立 了适合该 气源的熔地搅拌能计算 式； 同时还探讨 了影响搅拌能大小的主要因素和搅拌强度随吹蝣过倭的变化规律。 关键词氧气 天然气 ； 熔池 ；复吹转炉 ；搅拌能 中国图书资料分类法分类号T F 7 2 9 AB S T RACr A c a l c u l a t i o n f o r mu l a o f s t i r r i n g e n e r g y i n l i q , l i d s t e e l i s s e t u p f o r b o t t o m b l o wn O2 a n d

3、 CH i n t h e c o mb i n e d b l o wn c o p v e r t e r a n d t h e ma i n f a c t o r s wh i c h ha v e an e f f e c t O n s t i r r i n g e n e r g y a n d t h e v a r i a t i o n l a b t o f s t i r r i n g e n t ： r g y i n s t e c l ma k i n g p r o c e s s a r e d i s c u s s e d KE Y WORDS o

4、x y g e nn a t u r a l g a s ；me l t i n g b a t h；c o mb i n e d b l o wn c o n v e r t e r ；s t i r r i n g e l l e r g y O前 言 熔池搅拌强度是衡量 冶金反应动力学 条件好坏的重爱 参数之一 复吹转炉 由于喉部 供 入气体， 加强了熔池搅拌 显著地改善了冶金特性。 因此， 预底复吹吹炼炼钢法目前正逐步成 为主要的炼钢法。 业 已查 明。 在底部喷咀 没计和炉型结构参数 一定条件下， 影响熔池搅拌强 度的因素有 吹气体种类 、 方法 、 流量以及熔池深度等 。 在众多底

5、吹气体 中， 氧气是最方便而 又经济的气源。 结合西南地 区具 有丰富的天然气资源的特点， 开展采用底吹氧气并 用天然气 保护底枪的复吹方法 ， 将是这 地区复吹转炉困地制宜解决底 吹气源的有效途径。 因此 本 文针对底吹氧气和天然气的复吹转炉， 通过理论：分析建立了适合该气源的熔池搅拌能计算 式 同时还探讨了影响搅拌能大小的主要因素和搅拌强度随吹炼过 程的变化规律。 1 底吹氧气 、 天然气条件下熔池搅拌能的计算 底吹情况一 1 - *0 熔池钢液搅拌能受许 多因素的影响。 底u c f j 流量、 溶池温度卞 “ 深度等 参 第1 4 卷第6 甥 t- 等： 1 、 底吐 氧硬天然 气 吹

6、转炉喀 地搅拌能 的分析 3 3 数对搅拌能的影 向， 前人已作了洋尽的研究， 但在底吹气体与钢液作用对熔池搅拌能产生的 影响方面报道甚少 尤其是针对底吹气体 为氧气 用天然气作保护剂的具体情况 。 在底吹过 程 中， 由于 甲烷的热分解 、 碳氧反应 而引起的体积膨胀， 加剧了熔池的搅拌 。 这样 ， 熔池搅拌 能的计算如果仍采用底吹惰性气体的公式来估算将会有很大差别。 因此 ， 建立考虑了底 吹 O z 和 C H， 与熔池作用因素的搅拌能计算公式就显得格外重要。 1 1 底吹 O 和 C H 。 与钢液的作用 当用 O ： 作为底吹气体时 ， 进入熔池中的氧将 与熔池中的碳和铁进行如下反

7、应 ： O 2 ) + 2 E c 一 2 c o ( 1 ) o ) + 2 F e 一 2 F e O) ( 2 ) 在强烈脱碳的高碳区( c 0 2 ) ， 底 吹入的 O z 几乎全部与 C作用 ， 即脱碳反应按公 式 ( 1 ) 进行 ， 因此对于起搅拌作用的气体量最好的效果是达到吹入 O 气体量的2 倍容量。 在 低碳区 ， 由于一部分 O ! 与 F e反应生成 F e O， 使气态产物 C O减少 ， 则氧气的搅拌能下降。 如果 把脱碳氧效率作为 r io ， 搅拌气体容量就是底吹氧气量的2 。 ( r b 1 ) 倍。 底吹氧时， 作为保护冷却介质 C H， 对熔池搅拌也有影

8、响。 C H， 在熔池 中有 如下反应 C Hl C+ 2 H z G。 一 2 f 5 5 0 2 6 1 6 T卡 ( 3 ) 2 C - k O2 2 CO ( 4) t 6 6 0 。 ， ( 3 ) 式G。 0 因此 ， 在炼钢温度条件下从热力学上可以认为 C H， 全部热解。 热解的 碳又与氧反应生成一氧化碳 ， 氢一部分溶解在钢液 中， 绝大部分以气体状排 出。 C O和 H 在 上升过程中， 加强了熔池的搅拌。 1 2 底吹 0 2 , C H。 气体的溶池搅拌能计算公式推导 综合考虑底 吹气体和在溶池中的化学反应对钢液的作用 ， 则底吹 O 和 C H 时 ， 钢液搅拌 能应

9、 为以下几项之和： ( 】 )底枪喷口处喷入气体带入熔池的动能 E ； ( 2 )喷入的气体从室温热膨胀到钢液温度作的膨胀功 ； ( 3 )甲烷热解以及热解碳与氧反应产物 , C O 体积膨胀对熔池做 的膨胀功 。 ； ( 1 )氧气与钢液中的碳反应产物 ， C O， 体积膨胀对熔池作的膨胀功 ， ； ( 5 )混合气体 ( c o+H ) 在熔 池中上浮时浮力所做的功 E s ； ( 6 )混合气体上浮过程中静压减小而产生的体积膨胀功 E s 。 即 ： ，“-“ 一 El + 2+ E a+ + 5+ 6 ( 5 ) 其中 I 一 一 争 。 ! 3 +专 “ V c H 一 ( ， 3

10、+ “ 。， 暑 H ) 、 F 2 一I P I d ， 一 P i ( V 2 一 )一 7 o ， + c H R ( T 2 一 T I ) I I 。 一 【 1+ ) ( 7 1 2一 1 ) ： 、 一 F s ： d ， 一 P c r 一 h ， 一 只 。 c 一 + H 一 c “ = 1 , 5 a RT2 o 、 - - ， 重 庆 大 学 学 报 1 9 9 1 年 =J ：P 出 ) 一 P ( s 一 s ) 一 冗 z ( c。 一 。 ： ) =( 2 2 1 ) R T 2 n 。 曰5一 舢 ： 一 dP 一 d P一( 2 ：+ 3 ： 删n 曰 。

11、一 ， 一 一 f =o d 尹 J + J P l - ： = ( 2 ：+ 3 口 ) R O 2 R T 2 l n 故，居 ? ： + c H = 吉 ( 20 ： + a 。( 偿 ) + 2 T b ： + 2 5 a 一 ( 1 + a ) 。 2 ( 2 Tb 。 +3 a ) l n旦) 尹0 单位量要的钢液搅拌能i 即溶池搅拌能量密度) 为： ： + c n 。 一如： + c w 一 一 ： = Q、 1 0 + 础 H。 偿 H )+ 2 + 2 5 口 一( 1+ 口 ) - 4 -4 ( ：+ 1 5 口 ) l n( 1+ ) ) ( 6 ) 当 只 考 虑曰 、

12、曰 。 、 和 曰 四 项 在 ：+ 中 的 作 用 时 ， 由 式 ( 6 ) 可 简 化 茧 与 文 献 4 提 出 的 计算式相类似的形式， 即 ： + 删。 一 2 ： 十 2 5 口一 ( 1- - a ) T , c T 2 ( 7) +2 ( ： +1 5 a ) ln ( 1 + ) 当只考虑 曰 s 、 、 和 曰 e 在 。 C H 。 中的作用时 ， 式( 6 ) 就简化为与文献 5 提出的 ； 计 算 式相类似的形式 ， 即 圳 一 2 ： 1 5 - 1 ：“5 n( 1+ ) 由此可知 ， ( 6 ) 式综合 了文献提出的两种搅拌能计算方法， 这在理论上分析采用底

13、吹氧 气和天然气对熔池的搅拌能是有效的 。 为了便于比较 ， 同理也可得 出采用底吹 A r的钢液搅拌能公式 ： 一 0 1一 + 2 l n( 1+ ) ) ( 9) 2 底吹 O 、 C H t 下熔池搅拌能力的讨论 从( 6 ) 式可 以看出 ， r b ： 、 a 、 Q 。 ： 、 H、 T z 以及底枪喷 E l 速度的大 小对 ： + c n 。 都有影响 。 与( 9 ) 式比较 ， 两式的主要区别在于 + c n 。 与 T b ： 和 a有关 ， 而 一 与 1 1 o ： 和 a无关 。 ， 第卷第6 期 文光华等： 顶、 底吹氧及天然气复吹转炉熔池搅拌能的分析 3 5

14、2 I I )o，、Q o 2 和 0 【 对 如 ， + 的影响 图I 和图2 为 + c w 。 与 T b ： 的关 系图。 由图可知 ， ： + c H 随着底吹流量、 天然气 比和脱 碳氧 效率的增加而加大， 其中 I ) o ： 对 ： + c w 。 的影响最大。 在底 吹流量 Q o一 ， 即0 2 1 0 5 N mS h 2 9 N m3 ( t 。 m i n ) ， 底吹天然气比0 【 为0 1 8 时， 当脱碳用氧效率 T b ， 为1 ， 熔池搅拌能为1 0 4 K w t ， 而在 相同流量下吹惰性气体的搅拌能 为4 1 K w t ， 它们之 比 一2 5 3 。 因此 ， 采用底吹 0 及 C H 4 熔池搅拌能最大可达相同流量下底吹惰性气体的2 5 3 倍。 1 2 0 T 2 8 O S 4 0 = I 0 5 N M) h =l 8 7 3 k H = 0 2 2 0 m H 0 0 6 t 图 1 底氧脱碳效率对搅拌能影响 图 2 底氧脱碳效率对搅拌能影响 作为保护介质天然气其主要作用是保护底枪 ， 但提高底 吹天然气比， 也增强了对熔池的 搅拌 。 从式( 6 ) 和图2 可以看出， 底气流量对熔池搅拌能影响较大 但由于底部吹入气体主要作 用是 为了强化熔池搅拌 ， 因此在满足熔池搅拌 的条件下 ， 没