劉曉鴻　楊再華

摘 要：減少夾雜物，保持高潔凈度，這些都是低碳清潔鋼生產(chǎn)過程中存在著較大的難題，但是國內(nèi)存在著較大的低碳清潔鋼的用量要求，所以需要在生產(chǎn)過程中降低冶煉過程中其他因素對于低碳清潔鋼冶煉的影響，實(shí)驗(yàn)中使用清潔鋼超低碳作為原材料，通過復(fù)合錘煉轉(zhuǎn)錄技術(shù)進(jìn)行清潔鋼低碳的冶煉，同時精細(xì)化低碳鋼加工工藝，利用RH真空處理技術(shù)進(jìn)行混合特性環(huán)流研究。減少夾雜物，保持高潔凈度，這些都是低碳清潔鋼生產(chǎn)過程中存在著較大的難題，但是國內(nèi)存在著較大的低碳清潔鋼的用量要求，所以需要在生產(chǎn)過程中降低冶煉過程中其他因素對于低碳清潔鋼冶煉的影響，實(shí)驗(yàn)中使用清潔鋼超低碳作為原材料，通過復(fù)合錘煉轉(zhuǎn)錄技術(shù)進(jìn)行清潔鋼低碳的冶煉，同時精細(xì)化低碳鋼加工工藝，利用RH真空處理技術(shù)進(jìn)行混合特性環(huán)流研究。

關(guān)鍵詞：脫碳化；脫磷；復(fù)合吹煉

一 轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉和低碳清潔鋼

1 轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉技術(shù)特征

復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐技術(shù)是在上個世紀(jì)歐洲在對于氧氣頂吹爐的改造發(fā)生而來，復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐有著相對明顯的特征，這主要包括著吹煉的氣體多是惰性氣體，利用惰性氣體促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生，抑制反應(yīng)區(qū)過氧化；吹煉時進(jìn)行攪拌處理加速反應(yīng)進(jìn)行，擴(kuò)大反應(yīng)接觸面積。這種技術(shù)在一定程度上降低了爐渣轉(zhuǎn)換不均勻的特點(diǎn)們能夠降低渣鋼與吹損之間存在的狀態(tài)上的不平衡，可以很大程度上使得熔池內(nèi)部的氧化性收到了抑制，能夠有效提升最終脫硫效果的進(jìn)程與成材鋼水的質(zhì)量保證。

對于這項(xiàng)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐技術(shù)開發(fā)以來，受到了世界各大鋼廠的改進(jìn)與應(yīng)用開發(fā)，目前在各大鋼廠通過研究已經(jīng)改造出了超過20種的吹煉復(fù)合模式。國內(nèi)外對于鋼煉轉(zhuǎn)爐底吹使用的大多都是惰性氣體，這就使得鋼廠會進(jìn)行對于底吹裝置的再研究與精準(zhǔn)開發(fā)，使得底吹吹氣氣流量可以在一定程度內(nèi)進(jìn)行受到調(diào)節(jié)，以此來促進(jìn)反應(yīng)的充分發(fā)生，并且通過可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)爐滿足更多需求的低碳清潔鋼冶煉需求。

2 轉(zhuǎn)爐熔池中的碳氧反應(yīng)

清潔鋼冶煉過程中碳氧反應(yīng)是貫穿始終的，碳氧反應(yīng)同樣的也會對于錳、磷等元素反應(yīng)進(jìn)行一定程度上的影響。脫碳反應(yīng)整個過程是在鋼液進(jìn)行反應(yīng)到CO過程中的相對臨界反應(yīng)，吹入的氧氣供給鋼中的【O】，所以通過動力學(xué)定律可知，當(dāng)供養(yǎng)強(qiáng)度與界面積發(fā)生變化時，脫碳反應(yīng)也會因此發(fā)生較大變化。

整個轉(zhuǎn)爐冶煉過程分為三個主要階段：

首先是剛水溫度較低的階段，非金屬雜質(zhì)（硅，錳等）會發(fā)生氧化反應(yīng)，會直接抑制脫碳反應(yīng)的發(fā)生，但隨著溫度的逐漸提升，脫碳速度也會因此變得更快；第二個階段屬于平穩(wěn)發(fā)展階段，這個階段隨著溫度提升，被吹進(jìn)的氧氣全部被用于脫碳反應(yīng)，所以會造成C被大量脫離，第三個階段屬于反應(yīng)發(fā)生后期，C含量降低，造成氧氣充入后不會和大量碳進(jìn)行反應(yīng)，造成脫碳速度降低。

3 轉(zhuǎn)爐脫碳過程中的脫磷技術(shù)

磷含量會對于低碳清潔鋼的冶煉造成較大的危害，首先是會使得清潔鋼的物理屬性發(fā)生變化，磷含量過高會直接導(dǎo)致清潔鋼易折斷，所以需要在冶煉清潔鋼的過程中降低清潔鋼內(nèi)部中的磷含量，國內(nèi)外鋼廠對于脫磷工藝來說有著較為一致的，主要使用大罐噴吹脫磷技術(shù)，細(xì)分為噴吹石灰體系與噴吹蘇打粉體系兩種方式，兩種方式都可以將最終鐵水中的磷元素含量降低到0.01wt%以下。

轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)能夠相對較為簡單的實(shí)現(xiàn)脫磷的目的，而且對于脫磷的效果展示較好，呈現(xiàn)的爐渣氧化性較低，由于這些優(yōu)點(diǎn)國內(nèi)外清潔鋼冶煉鋼廠更愿意使用經(jīng)過改造后的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐技術(shù)進(jìn)行脫磷。

二 低碳鋼精煉技術(shù)

1 真空處理工作原理

清潔低碳鋼冶煉需要進(jìn)行脫氣裝置的設(shè)置，與其他市面上的脫氣裝置相比，在1958年海羅爾斯公司發(fā)明的RH真空脫氣法處理脫氣能力更大，實(shí)現(xiàn)目的周期更短，脫氣整體效果更好，所以本文主要研究RH真空脫氣法來進(jìn)行的脫碳脫氣作用。

RH真空脫氣法是利用氣泡泵的原理進(jìn)行統(tǒng)一工作的，當(dāng)真空室里面的空氣被抽擠出去后，鋼水會隨著壓強(qiáng)的變化而向著真空室進(jìn)行流轉(zhuǎn)，與此同時由上升管進(jìn)入負(fù)責(zé)驅(qū)動的惰性氣體在清潔低碳鋼冶煉過程中膨脹壓縮，在RH中的氣泡的推動作用下，鋼液也會被擠壓到真空室；隨著鋼水向著真空室流動，氣泡出現(xiàn)破裂，抑制驅(qū)動力上升，所以在真空室的鋼水被壓力作用下留回液體表面。在整個過程中，氣體與液體表面的臨界面發(fā)生許多反應(yīng)，氣體被外來真空抽走，所以鋼水會隨著重力的效果進(jìn)入鋼包，鋼包與鋼水在不斷地根據(jù)壓強(qiáng)的變化而變化，重復(fù)以往實(shí)現(xiàn)RH真空脫氣法。

2 真空脫碳反應(yīng)基礎(chǔ)

生產(chǎn)清潔低碳鋼首要任務(wù)就是脫碳，RH裝置也會實(shí)現(xiàn)這一目的，國內(nèi)外學(xué)者對于整個脫碳過程進(jìn)行建模處理，主要的模型分為兩種：

1）質(zhì)量平衡模型

模型建立要首先提出假設(shè)，質(zhì)量平衡模型假設(shè)主要有以下幾點(diǎn)：鋼水與真空室內(nèi)部存在的鋼包完全融合；真空室內(nèi)部發(fā)生著全部的脫碳反應(yīng)；選擇性的忽略氣相側(cè)內(nèi)CO的傳質(zhì)。

該模型的優(yōu)點(diǎn)在于著重的考慮氧的傳質(zhì)控制流程，對于碳氧臨界反應(yīng)能夠做出及時回應(yīng)，當(dāng)【C】>0.66【O】時，傳質(zhì)著的氧會變成脫碳速率調(diào)控環(huán)節(jié)。

2）脫碳反應(yīng)區(qū)模型

整個RH脫碳真空反應(yīng)都是發(fā)生在惰性氣體的氣泡表面，碳氧反應(yīng)生成的CO氣泡的表面與鋼液-氣表面三個位置，但是在整個實(shí)際操作過程中會發(fā)現(xiàn)，鋼水中存在著更高于鋼中【C】的【O】，所以通過氧傳質(zhì)無法真正表達(dá)脫碳限制化環(huán)節(jié)，所以要進(jìn)行三個位置的三種脫碳反應(yīng)的設(shè)置模型。

3 快速深脫碳技術(shù)

在對于脫碳速率過程方程中可以明顯看出，脫碳速率與多個外界因素有關(guān)，分別是碳氧濃度、真空度、鋼水流動速度以及體積傳質(zhì)系數(shù)等等，所以研究快速深脫碳技術(shù)首先就要對于逐個因素進(jìn)行分析，首先是鋼水流動循環(huán)速度。

通過脫氮平衡方程可以明顯看出鋼水流動循環(huán)速度與流量體積分?jǐn)?shù)是存在關(guān)系的，當(dāng)鋼水流動循環(huán)大的時候，脫碳的整體速率會變得更大。所以為了深脫碳，可以進(jìn)行管內(nèi)徑的擴(kuò)大，同時加速惰性氣體的流量，可以有效的降低脫碳所需時間，控制住碳含量。

三RH真空處理的環(huán)流與混合特性研究

1 研究原理

根據(jù)建模的相似理論要求，原型與模型之間必須要存在滿足幾何與動力兩個方面的相似，幾何相似的意義在于要滿足整個模型是按照原型的一定比例上縮小建立的，真空室與鋼包的整個體系是根據(jù)氣泡浮力進(jìn)行的動力學(xué)模型，整個實(shí)驗(yàn)以水進(jìn)行對于剛也得模擬，以空氣進(jìn)行對于惰性氣體的模擬進(jìn)行試驗(yàn)，通過Froude準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，

2 研究裝置

實(shí)驗(yàn)裝置分為三個部分，分別為供氣部分，真空部分與數(shù)據(jù)采集部分，在供氣部分主要使用空氣儲存罐，壓力計數(shù)表，調(diào)節(jié)閥等設(shè)備；在真空設(shè)備中主要組成部分由真空泵、真空壓力計與氣體調(diào)節(jié)裝置等；在數(shù)據(jù)采集部分由電導(dǎo)儀與計算機(jī)進(jìn)行組成，組成效果如下：

3 研究方案

1）水模實(shí)驗(yàn)方案

水模實(shí)驗(yàn)方案主要是進(jìn)行對于鋼包液化過程進(jìn)行統(tǒng)一觀察與數(shù)據(jù)采集，根據(jù)整體氣體流動循環(huán)出現(xiàn)的變量輸入進(jìn)行對于氣體流量的變量輸出。變量觀察主要依靠示蹤粒子，通過追蹤示蹤粒子來進(jìn)行對于整體流譜的觀察與實(shí)現(xiàn)，整體實(shí)驗(yàn)過程需要使用多墨汁進(jìn)行對于數(shù)據(jù)的體現(xiàn)。

2）RH裝置混勻時間方案

RH裝置的混勻時間很難通過時間計表進(jìn)行采集，主要是因?yàn)殡y以抓住開始與結(jié)束的標(biāo)志性記點(diǎn)，所以需要在150RH上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的示蹤粒子才去的是不容易被實(shí)驗(yàn)氧化的元素，一般使用的是Cu離子，每隔十秒進(jìn)行對于鋼包的采樣，采樣次數(shù)為36次并且記錄每次采樣的時間。

4 研究結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是氣泡的大量出現(xiàn)，在空氣吹入實(shí)驗(yàn)裝置過程中出現(xiàn)大量氣泡，這些氣泡漂浮，破碎驅(qū)動著鋼水進(jìn)行向著真空室流向，又經(jīng)過重力作用流轉(zhuǎn)回到鋼包形成一個有效循環(huán)。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氣泡大小會一定程度上的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，首先當(dāng)空氣吹入量較小時，氣泡會分散成較多的氣泡粒，這些氣泡粒會在壁管內(nèi)外部進(jìn)行附著聚集，這樣就在一定程度上表明清潔低碳鋼需要進(jìn)行氣體流量的擴(kuò)大，用來降低氣泡對于實(shí)驗(yàn)整體結(jié)果的負(fù)面影響。

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