徐 陽， 李 晶， 隋 然

（蘭州工業(yè)學(xué)院 材料工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730050）

試（實）驗研究

頂吹工藝對鐵水包混勻影響的水模實驗研究★

徐 陽， 李 晶， 隋 然

（蘭州工業(yè)學(xué)院 材料工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730050）

為了快速脫氧和脫硫，并改善頂吹精煉的動力學(xué)條件。以某煉鋼廠150 t鐵水包為原模型，建立了模型與原型尺寸比為1：4的物理模型。實驗研究了吹氣位置、吹氣高度和吹氣量對鋼液混勻的影響規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)吹氣孔距離鋼液面高度為200mm、吹氣孔距離鐵水包中心0.7R、吹氣量600 L/m in時鋼液的混勻時間最短。關(guān)鍵詞：鐵水包 頂吹氣 鋼液時間 水模

噴射冶金是爐外精煉方法中使用的重要手段[1]，具有快速脫氧、脫硫，提高合金元素的收得率，微合金化的功能[2-5]，并可以改善頂吹精煉的動力學(xué)條件。為了有效地發(fā)揮精煉過程中噴射冶金效果，本研究在相似原理的基礎(chǔ)上[6-7]，建立了鐵水包頂吹水力學(xué)模型，通過模擬實驗研究，掌握頂吹槍在不同吹氣位置、吹氣角度、吹氣位置和吹氣流量對鐵水包內(nèi)鋼液均混時間的影響；從而為制定合理的頂吹工藝提供理論依據(jù)。

1 實驗

1.1 原理

1.1.1 幾何相似

按照模型與原型尺寸比為1∶4的物理模型，保證幾何相似，具體尺寸見表1。

表1 實際尺寸與模型尺寸 mm

1.1.2 動力學(xué)相似

根據(jù)流體力學(xué)的知識，鋼液的流動只要滿足修正Fr準(zhǔn)數(shù)相等就可滿足動力學(xué)相似[1]。根據(jù)模型與原型修正Fr準(zhǔn)數(shù)相等，得出：式中：Qm為實驗氣體流量；Qp為實際氣體流量。

1.2 設(shè)備

本實驗使用的主要設(shè)備有：空氣壓縮機(jī)、儲氣罐、流量計、電導(dǎo)電極、計時器等，如圖1所示。在本實驗中，鋼水用水來模擬，氬氣用空氣來模擬。

圖1是實驗室進(jìn)行水模型試驗裝置簡圖，用有機(jī)玻璃模擬鋼包。本實驗根據(jù)刺激—響應(yīng)技術(shù)，采用電導(dǎo)法測定均混時間，向模型內(nèi)某一位置瞬時加入一定量的示蹤劑（飽和的KCl水溶液），然后連續(xù)測定水的電導(dǎo)率變化，直至電導(dǎo)率變化不超過穩(wěn)定值（C∞）的±5%（即選取 |Ct-C∞|≤0.05C∞為標(biāo)準(zhǔn)），所需的累積時間t0.95即為混勻時間。

數(shù)據(jù)采集時間為3min，采集數(shù)據(jù)時間間隔為0.05 s。為了更好地消除實驗誤差，實驗每個測量點(diǎn)，重復(fù)測量3個實驗數(shù)據(jù)，取實驗數(shù)據(jù)的平均值作為該測量點(diǎn)的實驗結(jié)果。

1.3 結(jié)果分析

1.3.1 頂吹氣量對均混時間的影響

為了研究頂吹氣量對鐵水包內(nèi)鋼液均混狀況的影響規(guī)律，通過水模型試驗：在一定的吹氣高度（200 mm）下，頂吹氣量分別選取水平 1（300 L/min）、水平 2（400 L/min）、水平 3（500 L/min）、水平4（600 L/min）、水平 5（700 L/min），根據(jù)這些不同吹氣量下的鐵水包內(nèi)液體的混勻時間實驗結(jié)果得到如圖2所示。

圖2 吹氣量對鋼液均混時間的影響關(guān)系圖

從圖2可以看出：隨著吹氣量的增加，鋼液的均混時間減少，但是在氣量由水平1增加至水平2以及水平4到水平5的過程中有小幅度的增加，吹氣量為水平4，即600 L/min時的鋼液混勻時間最短。

實驗結(jié)果表明：吹氣量為600 L/min時最有利于鋼液的混勻。

1.3.2 吹氣高度對均混時間的影響

為了研究頂吹氣距離鋼液面高度對鐵水包內(nèi)鋼液均混狀況的影響規(guī)律，通過水模型試驗：在一定的吹氣量（500 L/min）下，頂吹高度分別選取水平1（200mm）、水平 2（225mm）、水平 3（250mm）、水平 4（275mm）、水平 5（300mm），根據(jù)這些吹氣高度下的鐵水包內(nèi)液體的混勻時間實驗結(jié)果得到如圖3所示。

圖3 吹氣高度對鋼液混勻時間的關(guān)系圖

從圖3可以看出：總的變化趨勢是鋼液的混勻時間隨著吹氣高度的增加而增加，吹氣高度為水平1即200mm時的鋼液混勻時間最短。

實驗結(jié)果表明：吹氣量為200mm時最有利于鋼液的混勻。

1.3.3 吹氣位置對混勻時間的影響

為了研究頂吹氣位置據(jù)中心距離（R）對鐵水包內(nèi)鋼液混勻狀況的影響規(guī)律,通過水模型試驗在一定的吹氣量（500 L/min）一定的吹氣高度（200mm）下，頂吹位置分別選取水平 1（0.1R）、水平 2（0.3R）、水平 3（0.5R）、水平 4（0.7R）、水平 5（0.9R），根據(jù)這些吹氣位置下的鐵水包內(nèi)液體的混勻時間實驗結(jié)果得到如圖4所示。

圖4 吹氣位置對鋼液均混時間的關(guān)系圖

從圖4可以看出：鋼液的均混時間隨著吹氣位置的改變而改變，吹氣位置從水平2（0.3R）到水平3（0.5R）再到水平4（0.7R）的變化過程中鋼液均混時間縮短，從水平 1（0.1R）到水平 2（0.3R）及水平 4（0.7R）到水平5（0.9R）的變化過程中均混時間增加。實驗結(jié)果表明：吹氣位置為水平4（0.7R）時，均混時間最短。

2 結(jié)論

通過實驗可以得出：

1）頂吹位置對均混時間影響。吹氣位置0.3R到0.7R的變化過程中，鋼液均混時間縮短，從0.1R到0.3R以及0.7R到0.9R的變化過程中，均混時間增加。在0.7R時，均混時間最短。

2）頂吹氣量對均混時間的影響。隨著吹氣量的增加，鋼液的均混時間減少。當(dāng)吹氣量為600 L/min時，均混時間最短。

3）吹氣高度對均混時間的影響。隨著吹氣高度的增加，均混時間增加。當(dāng)吹氣高度為200mm時，均混時間最短。

[1] 朱苗勇，蕭澤強(qiáng).鋼的精煉過程數(shù)學(xué)物理模擬[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

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W ater M odel Experiment Research on Effect of Top Blow ing on M ixing of Ladle

Xu Yang，Li Jing，Sui Ran
（Schoolof M aterial Engineering，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou Gansu 730050）

In this paper，in order to improve the dynamics of deoxidation and desulphurization,and blowing refining conditions,a 150tmodelwith a prototype dimension ratio of 1:4 is established by taking a ladle of a steel plant as the originalmodel.The influence of blowing position,blowing heightand blowing volume on themixing ofmolten steelwas experimentally studied.The results show that themixing time ofmolten steel is shortestwhen the blow hole distance is 200mm,the blow hole is 0.7R of the ladle center and the blowing rate is 600 NL/min.

ladle;top blowing;mixing time;watermodel

TF703.8

A

1672-1152（2017）05-0004-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.02

2017-08-16

2016年度蘭州工業(yè)學(xué)院青年科技創(chuàng)新項目（16K-008）

徐陽（1978—），女，遼寧科技大學(xué)冶金物理化學(xué)專業(yè)畢業(yè)，碩士，現(xiàn)從事冶金工程專業(yè)，講師，材料工程學(xué)院基礎(chǔ)教研室主任。

（編輯：苗運(yùn)平）