【摘要】：潔凈鋼的生產(chǎn)水平已成為企業(yè)綜合競爭能力的重要表現(xiàn)之一,硫元素因?qū)︿摰男阅苡兄喾矫娴牟焕绊懗蔀闈崈翡撋a(chǎn)主要的脫除或控制元素。如何高效率、低成本冶煉優(yōu)質(zhì)低硫鋼是企業(yè)發(fā)展高品質(zhì)、高附加值戰(zhàn)略產(chǎn)品的重要保障。目前生產(chǎn)低硫鋼主要通過鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→鋼包精煉(LF、RH)長流程工藝來實(shí)現(xiàn)。該工藝存在流程長、效率低、成本高、靈活性差等諸多缺陷。為此,東北大學(xué)自主研發(fā)了新一代鋼包底噴粉脫硫L-BPI(Ladle-Bottom Powder Injection)技術(shù),該技術(shù)將明顯提升二次精煉效率與效果,對鋼鐵工業(yè)縮短生產(chǎn)流程,提高生產(chǎn)效率,降低成本有著重大影響。L-BPI工藝成功工業(yè)化的關(guān)鍵在于其效果與效率,因此,需要對底噴粉鋼包內(nèi)粉氣流行為及脫硫動力學(xué)開展研究工作,本文的研究內(nèi)容及所取得的成果如下:(1)鋼包底噴粉過程中粉劑流傳輸行為數(shù)值模擬研究。使用Fluent數(shù)值模擬軟件,建立了描述鋼包底噴粉過程中氣-液-粉多相傳輸行為的數(shù)學(xué)模型。考察了不同吹氬量下鋼液循環(huán)流動規(guī)律,以及不同粒度下粉劑顆粒的運(yùn)動軌跡和停留狀態(tài)。鋼包底噴粉精煉不僅僅有傳統(tǒng)頂部渣-金界反應(yīng)界面,同時(shí)增加了粉劑上升、循環(huán)過程中的移動反應(yīng)界面。細(xì)小的粉劑在鋼液停留時(shí)間更長,提高了鋼包爐脫硫反應(yīng)渣-金接觸面積和反應(yīng)時(shí)間,使得脫硫、脫氧更加充分,從而提高精煉反應(yīng)的脫硫效率。(2)鋼包底噴粉脫硫動力學(xué)研究。考慮鋼液表面渣-金界面的脫硫反應(yīng)即持續(xù)接觸反應(yīng)模型和粉劑在鋼液隨著氣泡上浮時(shí)短暫接觸反應(yīng)模型,建立鋼包底噴粉脫硫動力學(xué)模型。考察粉劑顆粒有效利用系數(shù)、噴粉模式、硫的分配比等參數(shù)對鋼包底噴粉精煉脫硫率的影響規(guī)律。結(jié)果表明在相同噴粉總量下,選取高速率-短時(shí)間的噴粉模式要優(yōu)于低速率-長時(shí)間的噴粉模式。提高粉劑顆粒有效利用率,可大大提高底噴粉脫硫效率。隨著粉劑分配比Ls的增大,脫硫效率快速增大,當(dāng)Ls超過300時(shí),脫硫效率影響不大。當(dāng)粉劑有效利用系數(shù)在0.2～0.4之間、硫的分配比在200～300之間,鋼包底噴粉脫硫率穩(wěn)定在80%以上。(3)1.5t感應(yīng)爐底噴粉熱態(tài)試驗(yàn)。通過狹縫型透氣磚的冷態(tài)試驗(yàn)和1.5t感應(yīng)爐的底噴粉試驗(yàn),檢驗(yàn)了底噴精煉的可行性。通過試樣分析,1.5t感應(yīng)爐底噴粉試驗(yàn)的脫硫效率為51.4%。其原因在于感應(yīng)爐容積較小、凈高較低,不能使粉劑在鋼液中長時(shí)間的停留。通過減少鋼液裸露面的面積、選用合成渣配加CaC2、鈣粉精煉渣等措施,可以有效的提高底噴粉感應(yīng)爐脫硫效率。(4)鋼包底噴粉精煉工藝的基本研究。在鋼包底噴粉精煉過程中,溫降因素包括鋼包爐襯散熱、渣層散熱和裸露面散熱和粉劑消耗熱損。鋼包底噴粉精煉時(shí)間20min左右,軟吹8～10min,溫降速度為1℃/min,噴粉10～12min,溫降速度為2.3℃/min,預(yù)計(jì)鋼包底噴粉溫降30～35℃。對大多數(shù)鋼種來說,完全可以不用升溫裝置,在不增加轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的同時(shí),滿足連鑄對鋼液溫度的要求。
【圖文】：

求越來越高，傳統(tǒng)的煉鋼僅由高爐—轉(zhuǎn)爐的煉鋼工藝難以滿足企業(yè)對鋼材質(zhì)量的要求。逡逑由傳統(tǒng)的單一設(shè)備的冶煉，，變成傳統(tǒng)冶煉配合爐外精煉的二步煉鋼工藝。現(xiàn)代的煉鋼基逡逑本流程大致為：高爐煉鐵—鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐煉鋼—ＬＦ—ＲＨ噴粉—連鑄，如圖１．１所逡逑示。其中鐵水預(yù)處理與ＬＦ、ＲＨ等鋼水二次精煉可統(tǒng)稱為爐外精煉技術(shù)。逡逑ｌＡｉｉｉＬ逡逑高爐邋鐵水預(yù)處理邋ＬＤ邐ＬＦ邋ＲＨ噴粉邋連鑄逡逑圖１．】鋼鐵生產(chǎn)工藝示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｒｏｎ邋ａｎｄ邋ｓｔｅｅｌ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑爐外精煉是在鋼包爐或者專用容器中對鋼液進(jìn)行處理的方法。鐵水預(yù)處理和鋼水爐逡逑外精煉技術(shù)產(chǎn)生于１９世紀(jì)末，發(fā)展于２０世紀(jì)５０年代。由于不同鋼材對鋼的成分以及逡逑潔凈度有不同的要求，２０世紀(jì)６０年代以后，在世界范圍內(nèi)，各種爐外精煉方法相繼問逡逑－２邋－逡逑

基于鋼包噴粉冶金冶煉優(yōu)勢，國內(nèi)外大量學(xué)者對噴粉冶金進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論逡逑研究｜５＿７１，目前已開發(fā)的鋼包噴射冶金裝置可按頂槍與鋼水的接觸方式分為直接接觸式逡逑（Ｖ－ＫＩＰ、ＲＨ－ＰＢ）和間接接觸式（ＲＨ－ＰＴＢ），如圖１．２所示。逡逑ＰＭ邋｜0逡逑（ａ）邋ＳＬ邐（ｂ）邋ＲＨ－ＫＴＢ逡逑圖１．２兩種常用的鋼包噴射冶金示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ逡逑直接接觸式噴粉是由耐火磚制成的頂部噴槍插入鋼水中進(jìn)行噴吹，如圖（ａ）所示。在逡逑冶煉過程中，鋼液對噴槍的嚴(yán)重沖刷，使得噴槍被鋼液侵蝕或脫落。進(jìn)入鋼液中耐火材逡逑料沒有及時(shí)上浮，形成大型夾雜物嚴(yán)重污染鋼液。同時(shí)噴槍為消耗品，價(jià)格較高，增加逡逑冶煉成本。逡逑間接接觸式噴粉即噴槍向真空室鋼水內(nèi)噴吹粉劑，例如ＲＨ－ＫＴＢ，如圖（ｂ）所示。水逡逑冷噴槍價(jià)格昂貴，冶煉時(shí)，如果噴槍的位置過高，會影響冶煉效果。如果噴槍的位置過逡逑低，噴槍噴嘴易凝結(jié)冷鋼或燒壞。噴出的氣體和大翻的鋼液嚴(yán)重侵蝕ＲＨ內(nèi)壁，縮短逡逑ＲＨ內(nèi)壁使用壽命。當(dāng)發(fā)生停水、停電的情況，極易引發(fā)重大事故。逡逑綜上所述
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF769

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2679071