钢包底吹去除夹杂物的水力学模型

采用水力学模型方法对40t钢包单底吹去除钢水中夹杂物的行为进行了研究,分析了元件类型、渣层厚度、位置和流量等对夹杂物去除的影响规律。结果表明:在钢包底吹过程中钢水内夹杂物的去除率方面,弥散式透气砖均优于狭缝式底吹元件;底吹位置越靠近钢包中心时,去除夹杂物的效果越佳;在实验条件下渣层越厚,夹杂物去除率越高;底吹氩去除夹杂物存在一个最佳流量值。     

真空精炼过程底吹氩气工艺对风电钢中大颗粒夹杂物的影响

为提高Q345D风电钢VD精炼过程大尺寸夹杂物的去除效率,展开了VD底吹工艺优化试验研究。在VD真空处理前,方案1即VD精炼高真空的前10 min底吹单孔流量400 L/min、后5 min单孔流量250 L/min条件下,钢中夹杂物主要为高Al₂O₃含量的钙铝酸盐,而优化方案2～3即VD精炼高真空的前10 min底吹单孔流量500 L/min、后5 min单孔流量150～100 L/min条件下钢中夹杂物平均成分为更低熔点钙铝酸盐;VD处理后钢中夹杂物均为低熔点夹杂物。方案1中VD精炼过程大于10μm和大于15μm的夹杂物平均尺寸分别增加66.24%和62.32%;方案2中大于10μm和大于15μm的夹杂物的平均尺寸分别增加23.40%和33.39%,尤其夹杂物数密度仅分别增加16.33%和28.57%。这充分说明了VD精炼过程高真空的前10 min强搅拌、后5 min中强搅拌的工艺有利于对大颗粒夹杂物的去除,同时减小卷渣概率。     

RH软吹时间对钢水中夹杂物行为的影响

分析了RH软吹30 min过程中轴承钢夹杂物的行为变化。结果表明,软吹前25 min,钢中总氧含量由12×10^-6降低到8×10^-6;软吹25～30 min时钢中总氧含量略有回升。钢中夹杂物的数量随着软吹时间的增加而减少,软吹20 min后大于80μm的较大尺寸夹杂物基本去除;继续增加软吹时间,有利于进一步去除钢中的夹杂物;但夹杂物类型随软吹时间的增加变化不大。随着软吹时间的延长,钢水温降增大,对后续浇注造成不利影响。综合考虑夹杂物的去除效果、软吹过程的温降和高效化生产等因素,认为轴承钢软吹时间控制在20～25 min较为合理。     

钢包底吹氩系统优化与工业试验

采用相似比为1∶3的水模型研究了某厂100 t钢包底吹氩位置及流量等因素对钢液混匀时间的影响,利用机油模拟钢渣,对不同钢包底吹位置及流量下钢液面裸露进行了比较,并利用数值模拟分析了不同透气砖位置对钢液流场的影响,找到最优的钢包底吹氩控制方式,并在现场进行了优化后工业试验。研究结果表明:合理的钢包底吹氩位置及控制工艺对夹杂物上浮去除有着重要作用,双孔夹角135°、吹气孔位于各自半径0.5R圆周上时混匀时间短且钢液面裸露面积小;同时在钢包底吹氩一定时间后,钢包内钢水全氧含量降低明显且没有增氮,铸坯中w(T.O)=(7～9)×10~(-6),明显低于优化前工艺铸坯w(T.O)水平(平均13×10~(-6)),全氧含量控制水平明显提高。     

RH精炼过程非金属夹杂物

 以200t钢包RH精炼装置为原型建立了1∶5水模型,分析了实际工艺条件下RH上升管吹气量对卷渣的影响。结果表明,当上升管吹起量为120m3/h时,发生平稳、均匀的卷渣,有利于钢渣反应,根据水模型结果在RH上进行了试验,并通过系统取样,采用金相显微镜、图像分析仪和扫描电镜对比研究了用和不用预熔渣处理的无取向硅钢在精炼过程的夹杂物的数量、尺寸分布以及夹杂物的类型演变情况。经过定量比较发现,在有预熔渣的情况下,RH真空处理后,钢中Al2O3夹杂物变性为CaO-MgO-A12O3的复合夹杂物,并且夹杂物数量和尺寸明显变小。     

钢包底吹氩工艺改进实践

通过建立模型,对比分析在LF精炼不同阶段、不同氩气流量条件下去除夹杂物的工艺效果。结合生产实际情况,对LF精炼送电加热、合金化、增碳、脱硫、软吹期间的氩气流量进行了调整,调整后的数据显示钢水中夹杂物被充分去除,且环流搅拌效果较好,从而取得较好的精炼效果,提高钢包底吹氩气利用效率和钢水夹杂物控制水平。     

RH精炼钢包底吹工艺优化物理模拟研究

为提高RH精炼效率,针对某钢厂120 t RH精炼装置进行了RH精炼钢包底吹位置以及流量对精炼效果影响的物理模拟研究。首先根据原型的水模拟确定了较为合适的工艺参数,其中提升气体流量为1 408 L/min、浸渍管深度为540 mm。然后该研究相对于上升管以及下降管的位置设置了3种不同底吹孔的位置,其分别为单孔在上升管的正下方、双孔连线与上升管和下降管的连线垂直以及平行,通过混匀时间、循环流量及流场速度3个指标研究发现,添加底吹时单孔的精炼效果较双孔的好,双孔垂直位置较平行位置精炼效果好,故建议采用单孔底吹工艺。     

RH精炼底吹工艺优化的物理模拟

为了提高RH精炼效率,缩短精炼时间。以某钢厂150 t RH真空精炼装置为原型,建立相似比为1∶4的水模型,研究底吹孔个数与底吹流量的影响。结果表明,实施底吹工艺后,RH循环流量和混匀时间相较无底吹时都有明显改善。相同底吹流量情况下,单孔底吹对循环流量提升效果明显优于双孔底吹工况,如当底吹流量为90 L/min时,单孔底吹工况相较于无底吹工况循环流量增加34%,而双孔底吹工况只增加13%。底吹流量小于90 L/min时,单孔底吹和双孔底吹工况下混匀时间相差不大。底吹流量大于90 L/min时,双孔底吹工况下混匀时间反而有所增加。建议生产现场采用单孔底吹工艺,如采用双孔底吹工艺时,底吹流量应小于90 L/min。     

夹杂物形貌对卡车车轮疲劳性能的影响

采用三种不同炼钢工艺,得到卡车车轮用钢中夹杂物的不同形貌特征。通过卡车车轮的弯曲、径向疲劳试验,验证了不同夹杂物形貌对卡车车轮疲劳性能的影响。研究表明：采用KR脱硫＋改进后的LF精炼＋氩气保护浇铸工艺,可以得到理想的夹杂物形貌特征。此外,提出了卡车车轮钢夹杂物控制的要求。     

RH精炼喂CaSi线去除无取向硅钢中的非金属夹杂物

结合工业化生产的无取向硅钢,进行了RH精炼喂CaSi线去除钢中的非金属夹杂物试验研究.针对不同的钙处理条件,分析了CaS夹杂生成热力学,观察了夹杂物的形貌和尺寸分布,确定了夹杂物的类型、数量,探讨了钙处理后钢中夹杂物的变化规律.结果表明,本试验条件下,钙处理可以有效抑制MnS、AlN夹杂物的生成,有效促进钢中微细夹杂物的聚合、上浮、去除,钢质纯净度明显提高.经过合适的钙处理后,钢中的夹杂物以独立存在的CaO为主,同时有少量含CaO、SiO2 、MgO的复合夹杂,没有发现CaS夹杂存在.这部分夹杂物的尺寸集中分布在2～20μm,数量约为1.8×105 个/mm3.     

Simulation on flow field and mixing phenomenon in RH degasser with ladle bottom blowing

Abstract

A numerical method has been employed to investigate the flow field and mixing characteristic in the Rheinsahl–Heraeus (RH) degasser with side–bottom blowing. The numerical results showed that stream flows in the up snorkel, the vacuum chamber, the down snorkel and the ladle form a large rectangular circulation zone in the RH degasser with side–bottom blowing, which can enhance the circulation flow rate effectively. For an RH with side–bottom blowing, when the included angle of the line between bottom blowing location and ladle centre and the line between two snorkels is zero, the circulation flow rate increases initially with increasing dimensionless distance between the bottom blowing location and the ladle centre and then decreases, while the mixing time increases with increasing dimensionless distance. On the other hand, when the dimensionless distance is 0·2, both the circulation flow rate and the mixing time decrease with the increasing included angle initially, reach their minimum value and then increase. The optimum values for the dimensionless distance and the included angle to achieve large circulation flow rate and small mixing time are 0·2 and π/4 in the present work.     

100t钢包吹氩精炼过程的物理模拟

针对某电炉厂在冶炼轴承钢过程中,钢包底吹精炼混匀效果和去夹杂效果不佳的问题进行了水模型研究.实验结果表明：钢包原型底吹位置由于两气柱间距离较近,在大气量下气柱产生偏移和叠加,造成钢液流场不稳定.根据实验结果建议：底吹位置应位于0.5R-0.5R-135°（R为钢包底部半径）;该方案临界卷渣气量为0.24m³·h^-1.     

南钢精炼钢包吹氩工艺水模实验研究

以南钢(南京钢铁股份有限公司)30 t精炼钢包为原型,在相似原理的基础上,通过水模型实验对钢包不同吹氩位置的合理性进行了研究.结果表明:采用单孔底吹时,最佳位置在距钢包底部中心0.55 R处.同时通过顶渣实验和喂丝点位置优化实验,确定了合适的吹氩量和合适的喂丝点位置,研究结果为优化吹氩工艺提供了依据.     

300t RH不同真空处理模式的脱氢效果分析

对300 t RH真空处理前钢中氢含量的影响因素进行分析,得出转炉原辅料加入量的影响很小,湿度有一定的影响,合金加入量影响最大。对300 t RH真空3种模式下的脱氢工艺进行分析研究,结果表明:本处理钢种,可以根据真空度的高低,合理控制处理时间,RH脱氢效果十分显著,RH处理结束w(H)达到2×10~(-6)以下,脱氢率可达70%~80%;轻处理和脱碳钢种,处理前w(H)较低,只要严格控制合金加入时机,RH处理结束w(H)都能稳定达到1.3×10~(-6)以下,脱氢率可达10%以上。     

底吹氩钢包内夹杂物粒子上浮行为的水模实验研究

将修正伽利略准数作为对钢包内夹杂物上浮规律模拟的判据,以某厂150t底吹氩钢包为原型,建立了模型与原型尺寸比为1:4的物理模型。通过实验研究了吹气量、吹气孔与钢包中心距离、两吹气孔与钢包底中心连线的角度,对夹杂物粒子上浮去除的影响规律。实验结果表明:合理的吹气量为300 L/min;吹气孔靠近钢包中心、吹气孔与钢包中心连线角度小时,夹杂物上浮去除时间短,有利于夹杂物去除。     

椭圆形钢包底吹氩的流动特征

以一种150t椭圆形钢包为原型建立1：4的钢包水模型,在相似原理基础上,以氮气模拟现场用氩气进行底吹,以水模拟钢液,进行水模型实验.分析了底吹气孔位置、吹气量对钢液混匀及流动的影响.结果表明：原型方案两吹气孔位置距离近,相互干扰性强,动能耗散大,影响钢液搅拌效果.底吹气量存在临界值（327.6L·h^-1）,超过临界值后气量增加的动能主要消耗在鼓动液面和吹开渣面上,对钢液混匀的效果较小.优化后两底吹气孔分别位于长轴0.6R处,呈180°分布,优化后钢液混匀时间整体下降,相同吹气量下混匀效果更好.采用优化后方案,相同吹气量下钢液面裸露面积大大降低,减少了钢液二次氧化,钙处理过程全氧从58×10^-6降低到47×10^-6,软吹过程平均增N量<3×10^-6.     

钢包软吹氩时间对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

针对石钢60tLD-LF-VD-CC生产工艺,对4炉采用不同钢包软吹氩时间的GCr15轴承钢进行取样分析.采用金相显微镜和扫描电镜结合能谱分析,研究了4炉轴承钢中间包样品中夹杂物的尺寸分布及种类特征.结果表明,随着精炼后软吹氩时间的延长,GCr15轴承钢中全氧质量分数降低,中间包中的夹杂物平均直径减小,大于15μm的夹杂物比例也明显降低,但对夹杂物的种类没有明显影响.钢中夹杂物主要为Al_2O_3、MgO·Al_2O_3和MgO-Al_2O_3-SiO_2-CaO(CaS)夹杂物等,这与冶金热力学计算结果一致.     

底吹搅拌对复吹转炉脱磷工艺的作用分析

 在分析讨论复吹转炉冶炼过程脱磷反应规律、常规转炉冶炼过程脱磷弊端的基础上,探讨了转炉冶炼过程脱磷时机选择与合理控制机制。基于转炉脱磷热力学与动力学条件分析得出,底吹搅拌能兼顾渣-钢界面搅拌和控制脱磷温度,是提高脱磷效率的主要动力学手段。通过水模试验模拟渣-钢之间的传质现象得出,转炉底吹元件数量和底吹强度的不同组合与渣-钢界面间的有效传质存在合适的匹配关系,随着转炉底吹强度增加,底吹元件个数应适当增加。转炉长寿命复吹效果不但取决于合理的供气元件选型、数量、布置及供气模式,更要依靠科学的底吹维护工艺制度。