發(fā)布時間：2020-11-12 14:42

　　 RH是重要的爐外精煉方法,在生產(chǎn)潔凈鋼特別是超低碳深沖鋼方面發(fā)揮重要作用。本文結(jié)合現(xiàn)場RH生產(chǎn)工藝實際測定了RH真空脫碳反應(yīng)速度和碳氧平衡的水平,在此基礎(chǔ)上進行一系列研究工作。主要是通過對RH真空室和浸漬管進行設(shè)備改進來增大鋼液反應(yīng)層的循環(huán)流量和脫碳反應(yīng)界面,最終形成一套實用、優(yōu)化、高效的RH精煉設(shè)備,從而大幅度提高RH精煉工藝水平和生產(chǎn)效率。本文研究工作首先通過現(xiàn)場工業(yè)試驗展開,然后配合水模擬、數(shù)值模擬、模型計算及熱力學(xué)計算等科學(xué)方法對改變浸漬管形狀、加大真空室內(nèi)徑及真空室加堰等設(shè)備改進方式進行了試驗研究和探討,最終提出RH脫碳工藝參數(shù)的優(yōu)化措施,并依此設(shè)計一套新的RH設(shè)備優(yōu)化方案。本文研究成果對工廠具有借鑒意義,為下一步投入應(yīng)用打好堅實基礎(chǔ)。主要研究成果如下：(1)RH碳氧反應(yīng)動力學(xué)現(xiàn)場試驗研究通過工業(yè)試驗對RH生產(chǎn)超低碳鋼([C]0.002%)過程工藝參數(shù)進行跟蹤分析,對表觀脫碳速率常數(shù)Kc進行測定和評價,分別對抽真空、強制吹氧、自然脫碳和界面脫碳階段工藝進行分析討論。為穩(wěn)定生產(chǎn)碳含量小于0.002%的超低碳鋼并合理控制氧含量,優(yōu)化后的RH工藝參數(shù)為：處理前預(yù)抽真空壓力54Kpa、鋼水碳0.05～0.06%、降低鋼水a(chǎn)0在0.03～0.04%、提高抽氣速度,控制碳氧反應(yīng)層厚度為200～400mm：控制吹氧前碳氧含量比2～2.5,吹氧起始真空度穩(wěn)定在12～15KPa,供氧強度≥0.2Nm3/(t.min)；提高吹氧終點[C]在0.015～0.02%,吹氧后碳氧含量比0.6～0.75；自然脫碳階段脫碳時間大于15分鐘,吹氬強度達到0.015 Nm3/ (t.min);界面反應(yīng)階段要增加反應(yīng)界面或提高反應(yīng)層內(nèi)流量。討論得出為高效生產(chǎn)超低碳潔凈鋼,進一步開發(fā)新工藝的途徑是通過提高循環(huán)流量、體積傳質(zhì)系數(shù)和表面反應(yīng)層流量對RH設(shè)備進行優(yōu)化,使碳氧反應(yīng)趨近氣相反應(yīng)平衡。(2)提高RH循環(huán)流量的試驗研究● 橢圓管RH和圓管RH的循環(huán)流量隨著提升氣量增大而增大,但橢圓管RH循環(huán)流量大于圓管RH,且優(yōu)勢隨著提升氣量增大而增大。按單位截面積供氣強度比較,強度為6.5Nm3/(m2.min)時橢圓管循環(huán)流量比圓管增大50%。模擬計算得出,橢圓管面積增大70%,飽和循環(huán)流量增大68%。● 研究提出提升氣量、浸漬管截面與循環(huán)流量的關(guān)系：當(dāng)提升氣量小于臨界氣量時循環(huán)流量僅隨提升氣量增加而增大,管截面的變化影響不大；當(dāng)氣量在臨界氣量與飽和氣量之間時,增大浸漬管截面和氣量均可增大循環(huán)流量；當(dāng)提升氣量大于一定管徑的飽和氣量時,增大提升氣量反會使循環(huán)流量減小● 試驗得出不同面積RH浸漬管的循環(huán)流量公式：與通用的桑原計算公式相比,公式在小氣量范圍內(nèi)計算可靠性更高�！� 當(dāng)橢圓管比圓管面積分別增大30、50和70%時,估算出最大Kc從0.19min-1分別增加到0.206min-1,0.214min-1和0.224min-1。(3)提高RH體積傳質(zhì)系數(shù)ak的試驗研究● 增大真空室截面66%后,小氣量下大真空室循環(huán)流量小于普通RH,混勻時間略長于普通RH;隨氣量增大,循環(huán)流量和混勻時間接近普通RH。● 增大真空室截面后真空室內(nèi)鋼液流場改變：真空室鋼液上部環(huán)流路徑延長,環(huán)流量增大;上升管附近增加一個漩渦,出口波峰增大,下降管上方出現(xiàn)小波峰；鋼液表面流速增大,下部流速降低；剪切流的作用下形成大量側(cè)行小氣泡；流場改變造成鋼液停留時間增加�！� 大真空室RH的鋼液靜態(tài)反應(yīng)表面積增大66%,增加的漩渦、波峰使動態(tài)反應(yīng)表面積增大81%,大量沿側(cè)壁運動的氣泡使氣泡脫碳反應(yīng)ak增大34%以上,并且碳氧反應(yīng)層(30mm內(nèi))鋼液流量增大15-25%,因此大真空RH的ak比普通RH增大40%以上。大真空RH的脫碳速率常數(shù)增大,最大Kc由0.19min-1增加到0.212min-1(4)提高RH碳氧反應(yīng)層流量的試驗研究● 對真空室加堰的方式進行試驗研究,得出由于堰阻礙部分鋼液流動,降低循環(huán)流量。當(dāng)提升氣量3.1Nm3/h時循環(huán)流量減小為普通RH的87～91%�！袼�模結(jié)果顯示,加堰后真空室內(nèi)鋼液活塞流比例從普通RH的38%增加至74%,返混流比例減少到20%以內(nèi),滯后流比例沒有明顯變化。計算出加堰后使活塞流和滯后流流過表面30mm反應(yīng)層內(nèi)鋼液流量提高到普通RH的3.2倍。數(shù)模計算得出,加堰后表面30mm以內(nèi)反應(yīng)層鋼液流量大約占全部鋼液流量的38-46%,而普通RH只占19-25%。● 在界面反應(yīng)階段和自然脫碳階段,加堰使鋼液脫碳反應(yīng)效率提高。據(jù)循環(huán)流量和反應(yīng)層鋼液流量變化計算出Kc由普通RH的0.12～0.08min-1增加到0.175～0.1min-1。反應(yīng)層流量增加,使反應(yīng)層減薄到39mm,表觀碳氧積由1.1×10-4減小到6.2×10-5(5)RH綜合優(yōu)化模型的試驗研究結(jié)合前文研究結(jié)果,提出一套RH設(shè)備優(yōu)化方案：浸漬管和真空室截面積分別增大70%和44%,并加裝堰板(寬100mm,高200mm)。對優(yōu)化模型進行試驗研究和計算后得出鋼液經(jīng)過堰后速度得到提升,且主流股在接近下降管上方的位置流進下降管,循環(huán)效率提高。水模試驗得出相同的常用氣量條件下循環(huán)流量增加23%,模擬計算得出飽和循環(huán)流量增大58%。真空室內(nèi)徑增大后,漩渦和液面波峰增大了反應(yīng)表面,優(yōu)化RH的ak增大58%。進入脫碳反應(yīng)層(30mm內(nèi))的鋼液量達到普通RH的1.9-2.5倍。脫碳速率常數(shù)提高,最大Kc(5#爐次)可達0.31min-1,自然脫碳和界面脫碳階段的Kc可分別由0.12min-1和0.08min-1增加到0.19min-1和0.12min-1。
【學(xué)位單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TF769.4
【部分圖文】：

生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)點。ＲＨ的王作原理是通過抽真空使真空室內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，??從而將鋼包鋼液抽吸到真空室內(nèi)，同時向上升浸潰管內(nèi)吹入氣體，利用氣泡累原??理使鋼液在上升浸潰管、真空室、下降浸潰管和鋼包之間進行循環(huán)流動，見圖１－??１。鋼液在真空室內(nèi)進行充分反應(yīng)后經(jīng)過下降管流回鋼包，與包中鋼液發(fā)生攬拌??和混合，并推動鋼液繼續(xù)進入上升管進行循環(huán)ＷＷＷ＂。??—??１１?＊??防品一?Ｉ??■?—?尸?Ｉ?—￣賊ＪＥｔ??．｜：３ｔ?／?ｉ??＇?．．ｋＳｆ??？；．．．．?．．．?ａ??／－?＂ｒ?．…一一?０Ｑｉ？ｙ０ｊＦ－ＣＸＶ＊０??ａ巧＊??圖１－１?ＲＨ－ＫＴＢ法示意圖ｗ??ＲＨ法最早是由西德Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ和Ｈｅｒａｅｕｓ公司通過進行鋼液循環(huán)脫氣實驗??而開發(fā)成功的爐外精煉方法，并于１９的年成功應(yīng)用于工廠生產(chǎn)。在隨后發(fā)展的??５０多年中，脫碳、脫硫、脫磯、去除氧和夾雜、均勻溫度和成分等諸多功能被先??后開發(fā)，因此處理鋼種多和應(yīng)用廣泛己成為細法的特點。ＲＨ的主要技術(shù)發(fā)展過??程見表１－１，圖１－２是主要技術(shù)設(shè)備示意圖。??１??

真空下脫碳反應(yīng)速度隨著碳含量的降低而降低，［Ｃ］《０．?００１５％時脫碳反應(yīng)基??本停滯。??圖１－４和圖１－日分別是Ｙ．?Ｋｉｓｈｉｍｏｔｏ和Ｙ．?Ｋａｔｏ測得的不吹氧條件下自然脫??６??

?碳的試驗數(shù)據(jù)＂３＂３＂。圖中均可看到當(dāng)碳含量在０．００１％？０．０２％時，碳含量與傳質(zhì)??速率有關(guān)，脫碳速率常數(shù)Ｋｃ隨碳含量的降低而降低。如圖１－日，碳含量從１００Ｘ??１（Ｔ下降到１０Ｘ１（Ｔ的過程中，Ｋｃ從最高０．?２ｍｉｎ－ｉ下降到小于０．?Ｉｍｉｎ—ｉ的水平。??圖１－４中可見碳含量小于０．００１％后，碳含量已不能影響到傳質(zhì)條件，脫碳速率??常數(shù)基本沒有變化。??？真空壓力的影響??相同碳含量條件下脫碳反應(yīng)速度與真空壓力為反比關(guān)系，降低真空壓力可Ｗ??提高脫碳速度。碳含量小于０．?００１％后，真空壓力對脫碳速率常數(shù)基本沒有影響。??圖１－４表示出真空壓力對Ｋｃ的影響�？煽闯鎏己�量為０．００５％時，真空壓力??６６５０Ｐａ對應(yīng)的脫碳速率常數(shù)Ｋｃ為０．?Ｉｍｉｎ—ｉ，真空壓力１３３Ｐａ對應(yīng)的脫碳速率常??數(shù)Ｋｃ達到０．?２ｍｉｎ－＇。但碳含量降低的同時，真空室壓力對Ｋｃ的影響程度也在減??小。圖中看到碳含量小于０．?００２％后

本文編號：2880865