底喷粉精炼钢包内粉气流行为及脱硫动力学研究

发布时间：2020-05-24 22:13

【摘要】：洁净钢的生产水平已成为企业综合竞争能力的重要表现之一,硫元素因对钢的性能有着多方面的不利影响成为洁净钢生产主要的脱除或控制元素。如何高效率、低成本冶炼优质低硫钢是企业发展高品质、高附加值战略产品的重要保障。目前生产低硫钢主要通过铁水预处理→转炉→钢包精炼(LF、RH)长流程工艺来实现。该工艺存在流程长、效率低、成本高、灵活性差等诸多缺陷。为此,东北大学自主研发了新一代钢包底喷粉脱硫L-BPI(Ladle-Bottom Powder Injection)技术,该技术将明显提升二次精炼效率与效果,对钢铁工业缩短生产流程,提高生产效率,降低成本有着重大影响。L-BPI工艺成功工业化的关键在于其效果与效率,因此,需要对底喷粉钢包内粉气流行为及脱硫动力学开展研究工作,本文的研究内容及所取得的成果如下:(1)钢包底喷粉过程中粉剂流传输行为数值模拟研究。使用Fluent数值模拟软件,建立了描述钢包底喷粉过程中气-液-粉多相传输行为的数学模型。考察了不同吹氩量下钢液循环流动规律,以及不同粒度下粉剂颗粒的运动轨迹和停留状态。钢包底喷粉精炼不仅仅有传统顶部渣-金界反应界面,同时增加了粉剂上升、循环过程中的移动反应界面。细小的粉剂在钢液停留时间更长,提高了钢包炉脱硫反应渣-金接触面积和反应时间,使得脱硫、脱氧更加充分,从而提高精炼反应的脱硫效率。(2)钢包底喷粉脱硫动力学研究。考虑钢液表面渣-金界面的脱硫反应即持续接触反应模型和粉剂在钢液随着气泡上浮时短暂接触反应模型,建立钢包底喷粉脱硫动力学模型。考察粉剂颗粒有效利用系数、喷粉模式、硫的分配比等参数对钢包底喷粉精炼脱硫率的影响规律。结果表明在相同喷粉总量下,选取高速率-短时间的喷粉模式要优于低速率-长时间的喷粉模式。提高粉剂颗粒有效利用率,可大大提高底喷粉脱硫效率。随着粉剂分配比Ls的增大,脱硫效率快速增大,当Ls超过300时,脱硫效率影响不大。当粉剂有效利用系数在0.2～0.4之间、硫的分配比在200～300之间,钢包底喷粉脱硫率稳定在80%以上。(3)1.5t感应炉底喷粉热态试验。通过狭缝型透气砖的冷态试验和1.5t感应炉的底喷粉试验,检验了底喷精炼的可行性。通过试样分析,1.5t感应炉底喷粉试验的脱硫效率为51.4%。其原因在于感应炉容积较小、净高较低,不能使粉剂在钢液中长时间的停留。通过减少钢液裸露面的面积、选用合成渣配加CaC2、钙粉精炼渣等措施,可以有效的提高底喷粉感应炉脱硫效率。(4)钢包底喷粉精炼工艺的基本研究。在钢包底喷粉精炼过程中,温降因素包括钢包炉衬散热、渣层散热和裸露面散热和粉剂消耗热损。钢包底喷粉精炼时间20min左右,软吹8～10min,温降速度为1℃/min,喷粉10～12min,温降速度为2.3℃/min,预计钢包底喷粉温降30～35℃。对大多数钢种来说,完全可以不用升温装置,在不增加转炉出钢温度的同时,满足连铸对钢液温度的要求。
【图文】：

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求越来越高，传统的炼钢仅由高炉—转炉的炼钢工艺难以满足企业对钢材质量的要求。逡逑由传统的单一设备的冶炼，，变成传统冶炼配合炉外精炼的二步炼钢工艺。现代的炼钢基逡逑本流程大致为：高炉炼铁—铁水预处理—转炉炼钢—ＬＦ—ＲＨ喷粉—连铸，如图１．１所逡逑示。其中铁水预处理与ＬＦ、ＲＨ等钢水二次精炼可统称为炉外精炼技术。逡逑ｌＡｉｉｉＬ逡逑高炉邋铁水预处理邋ＬＤ逦ＬＦ邋ＲＨ喷粉邋连铸逡逑图１．】钢铁生产工艺示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｒｏｎ邋ａｎｄ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑炉外精炼是在钢包炉或者专用容器中对钢液进行处理的方法。铁水预处理和钢水炉逡逑外精炼技术产生于１９世纪末，发展于２０世纪５０年代。由于不同钢材对钢的成分以及逡逑洁净度有不同的要求，２０世纪６０年代以后，在世界范围内，各种炉外精炼方法相继问逡逑－２邋－逡逑

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基于钢包喷粉冶金冶炼优势，国内外大量学者对喷粉冶金进行了大量的实验和理论逡逑研究｜５＿７１，目前已开发的钢包喷射冶金装置可按顶枪与钢水的接触方式分为直接接触式逡逑（Ｖ－ＫＩＰ、ＲＨ－ＰＢ）和间接接触式（ＲＨ－ＰＴＢ），如图１．２所示。逡逑ＰＭ邋｜0逡逑（ａ）邋ＳＬ逦（ｂ）邋ＲＨ－ＫＴＢ逡逑图１．２两种常用的钢包喷射冶金示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ逡逑直接接触式喷粉是由耐火砖制成的顶部喷枪插入钢水中进行喷吹，如图（ａ）所示。在逡逑冶炼过程中，钢液对喷枪的严重冲刷，使得喷枪被钢液侵蚀或脱落。进入钢液中耐火材逡逑料没有及时上浮，形成大型夹杂物严重污染钢液。同时喷枪为消耗品，价格较高，增加逡逑冶炼成本。逡逑间接接触式喷粉即喷枪向真空室钢水内喷吹粉剂，例如ＲＨ－ＫＴＢ，如图（ｂ）所示。水逡逑冷喷枪价格昂贵，冶炼时，如果喷枪的位置过高，会影响冶炼效果。如果喷枪的位置过逡逑低，喷枪喷嘴易凝结冷钢或烧坏。喷出的气体和大翻的钢液严重侵蚀ＲＨ内壁，缩短逡逑ＲＨ内壁使用寿命。当发生停水、停电的情况，极易引发重大事故。逡逑综上所述
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF769

【参考文献】