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在RH精炼过程中,钢液流动状态直接影响钢液成分和温度的均匀性,对缩短精炼时间,改善精炼效果起着十分重要的作用。目前,宝钢使用RH-MFB工艺生产IF钢的技术在国内已处于领先水平,但是为了将该项技术更好地应用于超低碳钢的生产,有必要对其精炼过程中的钢液流动与混合以及碳浓度分布情况进行研究。
以宝钢300tRH-MFB精炼设备的钢包作为研究对象,从钢液循环流动角度出发,利用CFX软件建立RH-MFB精炼过程中钢液流动与混合的数学模型,讨论工艺、设备等因素对钢液流动与混合的影响;以钢液流场模拟为基础,结合脱碳反应机理,建立钢包碳浓度分布的数学模型,分析脱碳过程中钢液碳浓度的分布及其变化情况以及工艺设备等因素对脱碳过程的影响。
钢液流场模拟结果表明,钢包内存在两个明显的回流区,一个是下降管到上升管之间的回流区;另一个是下降管和钢包壁之间的回流区,该回流区靠近钢液面附近区域的钢液速度较小。现有条件下,示踪剂在钢液的混匀时间为255s,适当改变工艺设备条件,如吹氩流量增大到4000NL.min<-1>、浸渍管直径增大到800mm都能在一定程度上改善钢液流动性,混匀时间分别缩短25s和20s,但增大浸渍管浸入深度对钢液混匀时间的影响不明显。碳浓度场的模拟结果表明,脱碳处理过程前10min,钢液碳浓度降低最快,随着脱碳反应的进行,脱碳速率逐渐降低。虽然不同时刻,钢包下降管出口下方的钢液碳浓度相对最低,下降管和钢包壁靠近钢液表面区域的钢液碳浓度相对最高,但钢包各区域内的碳浓度都是逐渐降低的。钢液碳浓度模拟结果与实测结果吻合较好,根据模拟结果可确定出取样点的合理位置。吹氩流量增大到4000NI.min<-1>,浸渍管直径增大到800mm都可以一定程度上提高脱碳速率,使钢包内平均碳浓度降至10×10<-6>的时间分别提前110s和100s。根据本研究结果,300tRH-MFB设备合理工艺参数是:吹氩流量为4000NL.min<-1>,浸渍管直径为800mm,循环流量可达到256t-min<-1>,钢液从下降管的流出速度可达到1.214m.s<-1>,与原有条件相比可使钢包内平均碳浓度降至10×10<-6>的时间缩短205s。