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LF作为炉外精炼的一种方法,具有白渣精炼、埋弧加热和氩气搅拌等多种精炼功能。其中,钢包吹氩搅拌在整个LF精炼过程中起着举足轻重的作用。生产实践证明,合理的吹氩能有效降低钢中夹杂物和气体含量、促进钢水成分和温度进一步均匀,并可以提高生产效率、降低生产成本。
本文以国内某钢厂150t LF为原型,利用相似原理建立了实际生产中钢包的物理模拟系统。在此基础上,通过向模型中加入示踪剂,测其电导率变化的方法,对钢包内钢液均混效果的影响进行了研究,对钢包的喷嘴布置进行了优化;同时利用混合油模拟钢渣对钢包底吹氩产生的卷渣现象进行了考察;并且,本论文还通过水模实验和建立数学模型对钢包底吹氩对夹杂物去除的影响进行了研究。可以得出如下结论:
(1)双喷嘴布置从径向位置来看,两个喷嘴位于距中心1/2R处比位于2/3R和3/4R处均混效果好;从夹角大小来看,两个喷嘴夹角较小时(30°、45°)要比夹角较大时(120°、135°)均混效果好。双孔底吹气量相同的条件下,最优化布置是两个喷嘴距钢包中心距离均为1/2R,夹角为45°。
(2)均混时间随着吹气量的增加而减小,在优化喷嘴布置条件下,均混时间和搅拌能功率密度大小的关系可表示成τ=5.65+41.2exp(-0.25ε)。
(3)顶渣的存在对熔池的搅拌有一定的抑制作用,在相同吹气量条件下,渣层越厚,均混时间越长,即对溶池的搅拌效果越差。
(4)随着吹气量的增加,液体表面水平流速增加,产生的惯性力也变大,因此卷渣现象加剧。在相同吹气条件下,渣层越厚越容易卷渣。
(5)在相同吹气量和相同顶渣厚度的条件下,优化后的喷嘴布置(喷嘴夹角45°)比原始喷嘴布置(喷嘴夹角90°)时卷渣程度有所改善。
(6)在相同吹气量条件下,双喷嘴对夹杂物的去除效果要好于单喷嘴。去除夹杂物合理的吹氩量应该在100~150 1·min<-1>之间。
(7)利用底吹氩生成的小气泡和产生的水平流作用对于40μm以上的大颗粒夹杂物具有很好的去除效果。钢包底吹氩对于小颗粒夹杂物,特别是10μm以下的夹杂物,去除效果不理想。