钢包钢包底吹氩实验设计方案.docx
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钢包钢包底吹氩实验设计方案
钢包钢包底吹氩实验案
1吹氩精炼的影响因素
氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间等因素有关。
1.1吹氩量
搅拌气体进入熔池时,首先在喷嘴上形成气泡。
在气流动能的推动下到液相中,分散成无数的小气泡而上浮,同时在高温钢水中气体被加热而膨胀,从而产生了强烈的搅拌作用。
随着吹气量的增加,搅拌强度增大,而吹气量的增加是有一个I临界值的,如果吹气量超过某一临界值,吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓的贯穿流,容易引起钢水发生喷溅,造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液部。
造成对钢液的污染。
另外当吹氩量偏低时,就限制了氩气的精炼作用,从而使氨气的脱氧、去气和保护钢水的作用都得不到充分发挥。
吹入气量是与吹气压力、吹气喷嘴结构等因素有关,可由试验决定。
在生产常根据不冲破钢包渣层裸鼹钢水为原则来确定吹气量和压力。
1.2氩气压力
氩气的压力大,搅动力也大,气泡上升速度快,但压力过大时,氩气流涉及围越来越少,氩气泡与钢液的接触面减小,而且如压力过大时,气体会迅速地冲出钢液,要冲破钢液上覆盖的渣层,使钢液受到大气的氧化,对精炼效果反而不利。
为此要求吹入的氩气压力不要太大,一般以能克服钢液的静压力,刚好能在透气砖表面上形成气泡为合适。
如钢液深,刚所需的氢气压力大,反之,所需氩气压力小。
理想状态是使氩气流遍布全钢包,增加接触面积和延长氩气流上升的流程和时间。
1.3吹氩时间
目前,普遍认为吹氩时问不宣太长,否则钢液温度下降太多,且由于耐材受冲刷而使非金属夹杂物出现率增加,但吹氩时间不足,气体及非金属夹杂物不能很好地去除,吹氩效果不明显。
所以必须根据现场实际生产情况,以及要达到的精炼效果,从而确定合适的吹氩时间。
2实验原理
物理模拟的理论基础是相似原理。
应用相似原理建立模型和进行实验时,必须保证两系统几相似、物理相似。
对于钢包底吹氩系统来说,引起体系流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力,因此保证模型与原型的修正弗德准数相等,就能基本上保证它们的动力相似,根据这一原则,选用修正的Fr’,就可以确定模型中吹气量的围。
钢包底吹氩精炼的物理模拟采用水模型实验,用水模拟钢液,空气模拟氩气。
3实验参数的确定
3.1钢包底吹氩工艺参数
钢包主要工艺参数为:
表1钢包主要参数表
钢包容量/T
钢包底部径/mm
钢包顶部径/mm
钢包高度/mm
钢包钢液面高度/mm
3.2水模型的建立
模型的几尺寸,格按照()的模型与原形比例制作。
钢包采用有机玻璃制作,用空气来代替氩气。
底部喷嘴用小的气室来代替,空气由空压机通过橡胶管吹入气室。
气体在气室混合均匀后由喷嘴吹入。
钢包原型与水模型物理参数如下表
表2原型与模型的主要物理参数
参数
钢包实际参数
水模模型参数
高度/mm
底部直径/mm
顶部直径/mm
钢液面高度/mm
气体流量/m³/h
液体密度/kg/m³
3.3喷吹流量的计算
试验中用水来代替钢液,用空气来代替氩气。
由(2--1)、(2--2)可得:
式中:
λ一模型与原型的比例()
ρAr一氩气密度,常温下为1.55kg/m³
ρ空一空气密度,常温下为1.25kg/m³
ρ水一水的密度,常温下为1.00×l03kg/m³
ρ钢—钢液密度,1660℃时为7.00×103kg/m³
代入(2-3)可求得:
Qm=
模型中吹气量为实际中的倍。
4实验案设计
4.1工艺参数的影响
(1)喷吹气体流量的影响
钢包的流动主要是由底部透气元传喷吹的氩气,在钢液中形成氩气泡,气泡上浮而引起钢液的搅动,然后气泡从钢液面逸出。
随着吹气量增大,搅拌越强烈。
气泡在上浮过程中带动夹杂的上浮,搅拌越强上浮越充分,但当吹气量过大,渣层可能以液滴形式被卷入钢液而形成夹渣。
所以必须优化调整台理的工艺参数。
(2)底吹氩透气元件的布置
研究表蹲,对于100t以上大钢包,多采用单喷嘴喷吹和两喷嘴喷吹的模式。
两喷嘴
喷吹,喷嘴夹角多为90。
或180。
。
喷嘴距离中心半径r与钢包底面半径R之比r/R多为0.4-0.7不等。
研究表明,喷嘴靠近包壁,搅拌效果较好,但太靠近钢包壁,包村因冲刷所受的侵蚀则越重。
透气砖应在0.4R至0.7R围安装。
4.2实验评价指标
通过优化吹气量以及喷嘴的布置,达到提高钢包搅拌能的功效。
但试验中,直接测量搅拌能较为困难。
依照参考文献,取混匀时间与比搅拌功率的关系:
因此,可用混匀时间来简洁判定钢液的搅拌能力,混匀时间越短,对钢液搅拌能力
越强。
4.3实验案
在钢包底部沿直径向选择了两个不同位置安装喷,喷到底部中心间距分别为1/2R、2/3R。
实验中采用了五中种式进行吹气搅拌,分别为单喷吹、等半径双喷吹夹角为90°、等半径双喷吹夹角为180°、不等半径双喷吹夹角为90°和不等半径双喷吹夹角为180°。
改变送入气量的大小,测出混匀时间,挑选最佳的喷嘴布置式及气量。
表3实验中吹氩量的选择
气量编号
1
2
3
4
5
6
Q’(m³/h)
Q
(m³/h)
单
双
注:
Q’--生产实际底吹气体流量,Q一实验底吹气体流量,Q=O.0139Q’
喷嘴布置案:
(1)单喷嘴模式
采用一个喷嘴底吹气搅拌,喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R、2/3R。
两种不同的式(简称1/2R和2/3R)均采取l~6个气量进行喷吹,测出混匀时间。
(2)等半径双喷嘴模式(夹角90°)
采用双喷嘴底吹气搅拌,两喷嘴与包底中心连线互相垂直。
喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R。
2种不同的式(简称等径1/2R90°、等径2/3R90°)均采取l~6个气量进行喷吹,测出混匀时间。
(3)等半径双喷嘴模式(夹角180°)
采用双喷嘴底吹气搅拌,两喷嘴在同一条直径上。
喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R。
2种不同的式(简称等径1/2R180°、等径2/3R180°)均采取l~6个气量进行喷吹,测出混匀时间。
(4)不等径双喷嘴模式(夹角90°)
采用双喷嘴底吹气搅拌,两喷嘴与包底中心连线互相垂直。
这一种式的两个喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R,(简称不等径90°)均采取l~6个气量进行喷吹,测出混匀时间。
(5)不等径双喷嘴模式(夹角180°)
采用双喷嘴底吹气搅拌,两喷嘴在同一条直径上。
这一种式的两个喷嘴中心离钢包底部中心的距离分别为1/2R和2/3R(简称不等径180°),均采取l~6个气量进行喷吹,测出混匀时间。
数据记录表格如下:
表4单单喷嘴模式
混匀时间/t
Q(m³/h)
1/2R
2/3R
表5双喷嘴模式
混匀时间/t
Q(m³/h)
等径1/2R90°
等径2/3R90°
等径1/2R180°
等径2/3R180°
不等径90°
不等径180°
5实验装置及相关设备
(1)实验装置
实验装置示意图如图2-6。
图2-6实验装置示意图
(2)附属仪器
空压机、气体流量计、数码摄像仪、电导率仪、记录仪等。
6实验法
6.1混匀时间的测定
测量混匀时间分布,通常采用“刺激一响应”技术。
其法是:
在钢包中钢液活跃处输入一个刺激信号,信号一般使用示踪剂来实现,然后在钢包滞留处测量该输入信号的输出,即所谓响应,从响应曲线可得到混匀时间。
要求钢包底吹氩精炼过程混匀时间越短越好。
实验中,将模型中注入水,达到要求的液面高度。
打开风机,将空气抽入空压机,达到一定压强后,通过调整流量计来控制欧气量。
预先欧3分钟后,待模型中流动稳定,将定量的NaCl溶液通过漏斗进入液面以下,缓慢注入喷吹中心附近(单喷吹)或两个喷嘴连线中心点正上(双喷吹),将电极插入喷嘴远端的底部滞留区。
用电导率仪测量模型中水的电导率变化。
混匀时间最终根据电导率的波动不超过稳定值的5%确定。
并用函数记录仪记录变化曲线,然后计算混匀时间。
每组实验测量三次,取三次时间平均值,将记录下来的数据绘制成曲线,进行数据分析比较,找出最佳的供气位置。
NaCl溶液
图2.7测量法
7实验数据分析
对所测量的数据进行绘制曲线,进行比对分析,对单钢包底吹氩与双底吹氩进行细致分析,探寻最优的吹氩式,并且确定钢包底部开的合理位置。
除此之外,分析供气量对钢包底吹氩钢包流长,混匀时间,温度场的影响,并得出结论。
参考文献:
[1]任三兵,义胜.大型钢包双吹氩最佳位置的探讨[J].钢铁学院学报,200322(3):
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[2]有奇,于华财.钢包底吹氩性能优化水模型试验[J].钢铁钒钛,201031
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24-29
[3]幸伟.钢包底吹氩工艺开发[J].科技大学,2005
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