钢包钢包底吹氩实验方案

钢包钢包底吹氩实验方案
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内部。

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。

在生产中通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，氩气流涉及范围越来越少，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，必须保证两系统几何相似、物理相似。

对于钢包底吹氩系统来说，引起体系内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鲁德准数相等，
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范围。

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：
钢包容量/T
钢包底部内径/mm
钢包顶部内径/mm
钢包高度/mm
钢包内钢液面高度/mm
3.2水模型的建立
模型的几何尺寸，严格按照( )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/ m ³／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1.55 kg／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×l03 kg／m³
ρ钢—钢液密度，1660℃时为7.00×103 kg／m³
代入(2-3)可求得：Qm=
模型中吹气量为实际中的倍。

4实验方案设计
4.1工艺参数的影响
（1）喷吹气体流量的影响
钢包内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严重。

透气砖应在0.4R至0.7R范围内安装。

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实验方案
在钢包底部沿直径方向选择了两个不同位置安装喷孔，喷孔到底部中心间距分别为1/2R、2/3R。

实验中采用了五中种方式进行吹气搅拌，分别为单孔喷吹、等半径双孔喷吹夹角为90°、等半径双孔喷吹夹角为180°、不等半径双孔喷吹夹角为90°和不等半径双孔喷吹夹角为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方式及气量。

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’
喷嘴布置方案：
(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。

两种不同的方式(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)等半径双孔喷嘴模式(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种不同的方式(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)等半径双孔喷嘴模式(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种不同的方式(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)不等径双孔喷嘴模式(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。

这一种方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)不等径双孔喷嘴模式(夹角180°)
采用双喷嘴底吹气搅拌，两喷嘴在同一条直径上。

这一种方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：
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实验方法
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。

其方法是：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方(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测量方法
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，对单孔钢包底吹氩与双孔底吹氩进行细致分析，探寻最优的吹氩方式，并且确定钢包底部开孔的合理位置。

除此之外，分析供气量对钢包底吹氩钢包内流长，混匀时间，温度场的影响，并得出结论。

参考文献：
[1] 任三兵，陈义胜.大型钢包双孔吹氩最佳位置的探讨[J].包头钢铁学院学报，2003 22（3）：193-197.
[2] 李有奇，于华财.钢包底吹氩性能优化水模型试验[J].钢铁钒钛，2010 31（1）:24-29
[3]幸伟.钢包底吹氩工艺开发[J].武汉科技大学,2005。