RH-MFB精炼过程中钢水温度预测模型

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2006.03.010 第28卷第3期 北京科技大学学报 Vol.28 No.3 2006年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2006 RH-MFB精炼过程中钢水温度预测模型 韩传基刘青吴凯蔡开科 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要建立了RH-MFB精炼过程中钢水温度的数学模型，通过Delphi程序计算了精炼过程中 钢水的温度，结果表明，RH-MFB精炼开始阶段，钢水温度急剧下降，前10min降温速率约为 3℃·mim1,加Al吹氧、加合金和真空室内壁初始温度对钢水温度影响较大，采用该模型预测了 精炼结束时刻的钢水温度，与生产中钢水温度平均误差在±5℃以内的占80%， 关键词RH-MFB;精炼；钢水温度；数学模型 分类号TF769.4 RH真空精炼方法具有脱碳、脱氧、脱氢、脱 走部分钢水热量，综合作用的结果使真空室内的 氮及去除夹杂和成分微调等多种功能.随着RH 钢水温度变为T2· 装备和工艺的不断改进、完善，在众多的二次治金 (2)钢水混匀区.温度为T2的钢水经下降 方法中RH具有重要甚至是不可替代的作用，为 管流入钢包并在钢包内混匀，待钢水温度变为T1 生产超纯净钢、特别是超低碳钢，提供了必要的工 +△T后重新流入真空室.周而复始，引起钢水 艺装备和操作技术的有效手段，RH精炼过程中 温度不断变化. 钢水温降对转炉出钢温度和连铸中间包温度都有 (3)散热区.在钢水循环流动过程中，钢水 重要影响，而钢水温降是与RH处理过程中多种 与钢包、真空室和上升管壁的耐火材料间通过对 因素有关的，如精炼工艺、钢包包衬的蓄热、真空 流和传导方式散热 室蓄热等与工艺过程中钢液的温度变化有着极为1.2RH-MFB传热数学模型 密切的关系，所以为了评估多种因素对RH精炼1.2.1模型的假设条件 钢水温降影响，笔者认为建立RH钢包热模型可 为建立RH系统的传热数学模型，进行以下 以实现对处理过程钢液温度控制和预报，实现钢 假设1山：(1)钢水流动为稳定流动，真空室内钢水 水目标温度管理 深度只是真空度的函数；(2)钢包、真空室和上、下 1RH-MFB钢水温度预测的数学 浸渍管内衬中的温度分布沿轴向是均匀的，而沿 模型 径向（壁厚方向）是不均匀的；(3)钢包内钢水表面 通过炉渣向无限大空间辐射 1.1物理模型14] 1.2.2传热基本方程[5-10] RH-MFB精炼工艺原理如图1所示，钢水传 (1)真空室内传热，真空室炉壁耐火材料分 热物理过程如图2所示.从图中可以看出，RH- 布250mm工作层（镁铬砖），175mm永久层（高 MFB精炼过程中的热量传递通过以下三种途径 铝砖)，25mm钢板；真空室底部300mm工作层 完成. (镁铬砖)，200mm永久层（高铝砖），50mm钢板； (1)碳氧反应，钢水散热区.t时刻钢包内温 真空室废气出口温度750℃. 度为T1的钢水，以循环流量Q在氩气泡的作用 下通过上升管进入真空室，发生脱碳反应.同时 PVC,dTa=gm()Am+q()An+(1) 钢水以辐射和对流方式向真空室壁传热，通入的 9p()Ap+Qs+QA:+Qgas-Qc-Qalloy 氩气与反应产生的气体共同形成真空室废气，带 式中，Q,为真空室内钢水表面的辐射热量：QA 收稿日期：2005-0107修回日期：20050426 为吹入氩气泡带走的热量；Q为真空室内炉气 基金项目：国家经贸委资助项目(No.01BK-098-02-01) 带走的热量；Qc=△Hco△[C]W1为真空室内钢 作者简介：韩传基(1966一)，男，博士研究生 水脱碳产生的化学热，kJ;qm(x),Am为流入RH

第 2 8 卷 第 3 期 2 0 0 6年 3 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o ur n a l o f U n iev sr i t y o f S e i e n ce a nd T e山 n o l o g y B e ij i gn V o l . 2 8 N 0 . 3 M a r . 2 0 0 6 R H 一 M F B 精炼过程 中钢水温 度预测模型 韩 伶基 刘 青 吴 凯 蔡 开科 北京科技大学冶金与生态工程学院 , 北京 1 0 0 0 83 摘 要 建立了 R H 一M BF 精炼过程中钢 水温度 的数学模型 , 通过 D el hP i 程序计 算 了精炼 过程 中 钢水的温度 . 结果表 明 , R H 一 M BF 精炼 开始 阶段 , 钢 水 温度 急剧 下 降 , 前 10 m in 降 温速 率约 为 3 ℃ · m in “ ` , 加 川 吹氧 、 加合金和真空室 内壁初 始温度对钢水 温度影 响较大 . 采用该 模型 预 测了 精炼结束时刻 的钢水温度 , 与生产 中钢水温度平均误差 在 士 5 ℃ 以 内的占 80 % , 关键词 R H - M BF ; 精炼 ; 钢水温度 ; 数学模型 分类号 T F 7 69 . 4 R H 真 空 精炼方法具有 脱 碳 、 脱氧 、 脱 氢 、 脱 氮及 去除夹 杂和成 分微调 等多种 功 能 . 随 着 R H 装备和工艺 的不 断改进 、 完 善 , 在众多 的二次 冶金 方法 中 R H 具有 重要 甚至 是不 可替代 的作 用 , 为 生产超 纯净钢 、 特别是超低 碳钢 , 提供 了必要 的工 艺装备和操作技 术的有效 手段 . R H 精炼 过 程 中 钢水温 降对转 炉 出钢温度和 连铸中间包 温度都有 重 要影 响 , 而钢水 温 降是 与 R H 处 理 过程 中 多 种 因素有 关的 , 如 精炼工 艺 、 钢包包 衬 的蓄热 、 真空 室蓄热等与工 艺过程 中钢液 的温度变化有 着极为 密切 的关 系 , 所 以 为了评估多 种因素对 R H 精炼 钢水 温降影 响 , 笔 者认 为 建立 R H 钢包 热 模 型 可 以实现对 处理 过 程钢液 温 度控 制 和 预报 , 实 现 钢 水 目标温度管理 . 1 R H 一 M F B 钢 水 温 度预 测 的 数学 模型 i · 1 物 理模型 [ ,一 〕 R H一 M FB 精炼工 艺原理 如 图 1 所 示 , 钢 水 传 热物理 过 程 如图 2 所 示 . 从 图中可 以看出 , R H 一 M F B 精 炼过 程 中 的热 量 传 递通 过 以 下 三 种途径 完成 . ( 1) 碳氧反 应 , 钢水散热 区 . t 时刻钢包 内温 度 为 T l 的钢水 , 以 循 环 流量 Q 在 氢气泡 的作 用 下通 过 上 升管进入 真空室 , 发 生 脱碳反 应 . 同时 钢水以辐射和 对流 方式 向真空室 壁 传热 , 通 入 的 氢气与反 应产 生 的气 体 共同形 成 真 空室 废 气 , 带 收稿 B 期 : 2 0 0 5 一0 1习 7 修回 日期 : 2 00 5 一 0 4 一 2 6 基金项 目: 国家经贸委资助项 目( N o . ol B K 一 09 8 一 02 一 01 ) 作者简介 : 韩传基 ( 1 9 66 一 ) , 男 , 博士研究 生 走部 分钢水 热 量 , 综合作 用 的结 果 使真 空 室 内的 钢水 温度变为 T : . (2 ) 钢水混 匀 区 . 温 度为 T : 的钢水 经 下 降 管流入钢包并在钢包 内混 匀 , 待钢水温 度变 为 T I + △T 后重 新 流入 真 空 室 . 周 而 复 始 , 引 起 钢水 温度 不断变化 . ( 3) 散 热 区 . 在 钢水 循环 流 动 过 程 中 , 钢 水 与钢包 、 真 空室 和 上 升管 壁 的耐 火材料 间通 过对 流 和传导 方式散热 . 1 · 2 R H 一M F B 传热 数学模型 1 . 2 . 1 模型的 假设条 件 为建立 R H 系 统 的传 热 数 学模型 , 进 行 以 下 假设 〔` ] : ( 1) 钢水 流 动 为稳 定 流动 , 真 空 室 内钢水 深度只是真 空度 的函 数 ; ( 2) 钢包 、 真空 室和上 、 下 浸渍管 内衬中 的温度分布沿轴 向是均 匀 的 , 而 沿 径向( 壁厚方向 )是不均匀 的 ; ( 3) 钢包 内钢水表 面 通 过炉 渣 向无 限大空间辐射 . 1 . 2 . 2 传热基 本方程 阶 10j ( 1) 真 空室 内传 热 . 真 空室 炉壁 耐火 材 料分 布 2 5 0 m m 工作 层 (镁铬 砖 ) , 17 5 m m 永 久 层 (高 铝 砖 ) , 25 m m 钢板 ; 真 空室 底部 3 0 m m 工 作 层 (镁铬砖 ) , 2 0 0 m m 永 久层 (高铝 砖) , 5 0 m m 钢板 ; 真 空室废 气出 口 温度 7 50 ℃ . p vc , 争 - 、 m ( : ) A m + 。 n ( : ) A n + ( 1 ) 口p ( : ) A p + Q s + Q 儿 + Q g a , 一 Q e 一 Q a ll二 式 中 , Q : 为 真 空 室 内钢 水表 面 的 辐射 热 量 ; Q rA 为 吹入 氢气泡 带 走 的热 量 ; Q ga s 为 真 空 室 内炉 气 带走的热量 ; Q C = △ H co △〔C] w l 为 真 空室 内钢 水脱碳 产生 的化 学 热 , kJ ; g m ( : ) , A m 为 流 入 R H DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 03. 010

Vol.28 No.3 韩传基等：RH-MFB精炼过程中钢水温度预测模型 ·249· 7a风w(x)7n 13 (3) 初始条件： t=0,T(RH)≤r≤rW(RHD, T(RH)(r,0)=T(RH)(r, (4) 边界条件： 1>0,r=r(RH),T(RH)(r,)=T(RH)() (5) ②x>0,r=r1(n（复合衬壁处)， aTb 图IRH-MFB精炼工艺原理 (5P.C+岁Cn驶1,1an= Fig.1 Principle of RH-MFB process 碳氧反应，钢水散热 aTb,+sBarl,+r (6) ③x>0,r=rw(RH)' 反应区T, ·散热 VCOTITW(RH 20Cp ar 散热 循环 散热 流动 arW(RH)-hm-is(To-T()- -s以 混匀区T 一散热 「1T6+273141T+273147 em0sL1007-1007J (7) 图2钢水传热物理过程示意图 式中，r(D,rw(Ru为真空室内径和外径，m, Fig.2 Sketch of the heat transfer model (4)真空室内钢水辐射传热.假定该空间的 热量交换只有辐射方式.辐射空间的气体透明、 炉壁的热流量（真空室内与钢水接触部分）、面积； 构成自由腔体的表面为灰体、各表面为等温面、真 q(x),A.为流入RH底部的热流量、面积； 空室盖只有轴向热流、真空室内壁有径向和轴向 q(x),A。为流入RH浸泽管的热流量、面积； 热流.每一个面的辐射密度为： Qy为合金加入引起的热量变化；p,V,Cp,T2r 分别为真空室内钢水的密度、体积、比热容、温度； ,=空J9Ai=0,12A (8) W1为真空室内钢水质量，kg 而由于9，A=P,A,所以， (2)钢包内传热，钢包包壁耐火材料分布 150mm工作层（刚玉砖），100mm永久层（高铝 G,=会1e=0.12n (9) 砖)，40mm钢板；钢包包底250mm工作层（刚玉 每一个面的自身辐射能为： 砖)，150mm永久层（高铝砖），80mm钢板；钢包 E:=eoT,i=0,1,2,…,n (10) 高度5200mm. 每一个面的有效辐射能为： Clna I[qb()Ap+qw()Aw+q.()A,] =E:+(1-e:)G,i=0,1,2,…,n（11) 将(9)和(10)代入(11)式，得： (2) 式中，Cp(m为钢液的比热容，J·kgl·K1;Tm为 Ji=EoTi+(1-E;) Jp4,i=0,12,,n =0 包内钢液温度，℃；Wm为包内钢液质量，kg;q, (12) Ab为流入包底的热流密度(W·m~2)和包底面积 (m);qw,Aw为流入包壁的热流密度(W·m2) 式中，A为k的表面积，m2;。为玻耳兹曼常数， 和包壁面积(m);q,A,为流入渣层的热流密度 取5.67×108W·m2.K4;G:为每一个面的投 (W·m2)和渣层面积(m2). 射辐射热流密度，W·m2;J为k面的有效辐射 (3)真空室炉壁耐材传热 热流密度，W·m2;Ta为k面的温度，K;e:为i面 的发射率；i=0,1,2,…,n分别表示真空室炉顶、 PW(RHD CoW(RH)- aTw(RH= 钢水、真空室炉壁各小圆环侧表面

V o l 。 2 8 N o 。 3 韩传基等 : R H一 M F B 精炼过程中钢水温度预测模型 曰} 流 ` …{ } …{卜 日 h - 告晶( 从 W (二 ) ( · ’ a T w ( R H) a r ( 3 ) 初始条件 : : = o , r ( R H )毛 r 簇 r w (邓) , T (阳 ) ( r , O) = T (明 ) ( : , : ) ( 4 ) 边界条 件 : ① : > 0 , r = (r RH ), ② : > 0 , r = lr (RH (T RH ) ( 二 , : ) = (T RH ) ( : ) ( 5 ) (复合衬 壁处 ) , 图 1 F i g . 1 R H 一 M BF 精炼工艺原理 { V ~ . V 。 { 3 T b . ( 百尸A 七 PA 十 百内七 , ” ) 马丁 } : 1 ( RH ) = P r i n e i P l e o f R H 一 M F B P r o e e s s 碳氧反应 , 钢水散热 旦工五 } 二 _ 、 旦兰 2 } 一 扒 A 。: } 二 一 耘 二 ’ 。 “ B 沂 ! 二 + 乙 辐` ③ r > 0 , r = r w ( R H 反应区 兀 散热 V _ a T b . 百沁 , 与丁 }犷 w( )RH = 循环 流动 散热 一 从 鲁… w ( RH , 一 、 m 一 ; , ( T 。 一 T f卜 混匀 区 lT 散热 钢水 传热物理过程示意图 Ske t e h o f the h e a t t r a n s fe r 「n o d e l 散热图2 司`ō R 炉 壁的热流 量 (真空室 内与钢水接触部分 ) 、 面 积 ; qn ( r ) , A 。 为 流 入 R H 底 部 的 热 流 量 、 面 积 ; q p ( : ) , A 。 为 流 入 R H 浸 泽 管 的 热 流 量 、 面 积 ; Q a vlo 为合金加入 引 起 的热 量 变化 ; p , v , c p , T Z: 分别为真空室 内钢水 的密度 、 体积 、 比 热容 、 温度 ; w ; 为真 空室 内钢 水质量 , k g . (2) 钢包 内传 热 . 钢 包包 壁 耐火 材 料 分布 巧 o m m 工 作 层 ( 刚 玉 砖 ) , 1 0 m m 永 久 层 (高 铝 砖 ) , 40 m m 钢板 ; 钢包包底 2 50 m m 工 作层 ( 刚 玉 砖 ) , 15 0 m m 永 久 层 (高铝 砖 ) , 8 0 m m 钢板 ; 钢包 一[{气斋 旦 ) ` 一 ( 工工湍 卫 ) ` 」 ( 7 ) 式 中 , : (RH ) , : w( RH )为真 空室 内径和外径 , m . ( 4) 真 空室 内钢水辐 射传热 . 假定该空 间 的 热量 交换 只有 辐射方 式 . 辐射空 间 的气体透 明 、 构成 自由腔体的表面 为灰体 、 各表 面为等温 面 、 真 空室盖 只有轴 向热流 、 真 空 室 内壁 有径 向和 轴向 热流 . 每 一个面 的辐射 密度为 : G ` = 习 几甲、 , 、全 , ` 一 0 , ` , 2 , 一 ( 8 , 而 由于 汽 , 声 * 一 叭 , 户 * , 所以 , 、 产、口, 产、、厅声. 护 Q 了ntl J I Z ` 、 J lJ1. 、了r 、了`、 G 、 一 习 J玲、 , * , * 一 0 , 1 , 2 , … , 、 高度 5 2 0 0 m m . d T m l d : W m q (m ) [ q b ( : ) A b + q w ( : ) A w + q s ( : ) A s ] ( 2 ) 式中 , c (P m) 为 钢液 的 比热 容 , J · k g ’ ` · K 一 ` ; T m 为 包 内钢液 温 度 , ℃ ; W m 为 包 内钢 液质量 , k g ; q 。 , A b 为流入包底 的热流 密度 ( W · m 一 2 ) 和包 底 面积 (衬 ) ; q w , A w 为流 入 包壁 的热 流 密度 ( w · m 一 2 ) 和包壁 面积 (时 ) ; q s , A , 为流 入 渣层 的热流 密度 ( W · m 一 2 )和 渣层面积 (时 ) . ( 3) 真 空室炉壁 耐材传 热 . 每一个 面 的 自身辐 射能为 : E 、 = 。 夕T 乳 , i = 0 , i , 2 , … , n 每 一个面 的有效辐 射能 为 : J ` = E * + ( 1 一 。 、 ) G 、 , i = 0 , 1 , 2 , … , n 将 ( 9 )和 ( 1 0 )代入 ( 1 1 )式 , 得 : 二 。 `。 T 乳+ ( 1 一 。 、 ) 艺 J 、 甲、 , 走 , * = o , 1 , 2 , k = 0 , ` . , n 。 w (RH 。 · e , W (RH ,卫窦罕 - ( 1 2 ) 式 中 , A 掩 为 k 的表 面 积 , m Z ; 。 为 玻耳 兹 曼 常数 , 取 5 . 67 x 10 一 “ w · m 一 “ · K 一 4 ; G * 为每一个 面 的投 射辐射热 流密 度 , w · m 一 2 ; J * 为 k 面 的有效 辐 射 热流 密度 , w · m 一 “ ; T ,: 为 k 面 的温度 , K ;E * 为 i 面 的发射率 ; i = O , 1 , 2 , … , n 分别 表示真空室 炉顶 、 钢水 、 真空 室炉壁各小 圆环侧表面

·250· 北京科技大学学报 2006年第3期 1.2.3计算基本参数 化的.各种耐材的物性参数如表1所列56，某钢 在模型的计算过程中，部分耐火材料的热传 厂RH-MFB精炼炉设备参数和工艺参数如表2 导率和比热容是随着温度的变化而发生相应的变 和表3所示 表1钢包包村及包底、真空室炉壁及炉底耐火材料的物性参数 Table 1 Material parameters of the wall and bottom of the ladle and the vacuom vessef 材料种类 热导率/(W·m1.℃-1) 毫度/(kg"m3) 比热容/(Jkg.℃) 发射率凝固潜热/(k灯·kg1) 重质高铝砖 1.52-0.000186×t 2500 836+0,234×1 刚玉砖 2.09+0.00187×t 2900 794.2+0.418×t 镁铬砖 1.97 2800 710.6+0.389×t 钢板 43.20 7700 470.00 0.80 钢水 23.30 7000 880 0.40 251 炉渣 4.00 3500 1340 0.60 453.4 表2RH-MFB精炼炉设备参数 Table 2 Parameters of the device for RH-MFB 真空室尺寸/mm 真空室没被管/mm 钢包尺寸/mm 内径 高度 直径 长度 内径 深度 2440 9600 750 1650 4000 5200 表3RH-MFB工艺参数 Table 3 Technical parameters for RH-MFB 真空室大气压力/Pa 真空室钢水液钢水循环流量/ 氢气流量/(L·mint) RH处理时 环境大气 处理前期 处理后期 面高度/mm (t'min-1) 处理前期 处理过程中 间/min 压力/Pa 10000 100 200 80 2500 3000 27 10132.3 2计算结果与讨论 水温降较大，为达到连铸过程对钢水温度的要求， 需要对钢水进行温度补偿.对于某钢厂300t的 2.1预测RH-MFB精炼结束时刻钢水温度 钢包，每加入300kg铝，可减少精炼处理过程温 通过选取某钢厂RH-MFB的10炉精炼数据 降22~24℃.模型计算结果如图4所示 对模型进行了验证分析，图3为RH精炼处理结 5 束计算与实测钢水温度比较.由图可以看出，RH 30 ·29 5 精炼处理结束钢水温度计算值与实测值的绝对差 20 值最大为7℃，最小为0℃，平均误差为3.4℃，在 10 14.5 ±5℃以内差值的比例达到80% 5 7.5 0 100 200300 400 1605 1600 ·实测值·计算值 加AI量kg s25 min 奇 1595 32 min 30 min 图4加1量与钢水温度关系图 32 min 30 min28 min 25 min 21 mio Fig.4 Relationship between the amount of aluminium added and the temperature of molten steel 1580 34 min 22 min 15798081828384858687888990 (2)吹氧效果.在不吹氧的情况下，精炼前 实测数据编号 期的钢水温降大，IF钢前20min温降为25~30 图3RH精炼处理结束计算与实测钢水温度比较 ℃.精炼20min时，吹氧对钢水温度的补偿能达 Fig.3 Comparison between the measured and calculated tem- 到5℃左右.吹氧升温，氧的收得率为65%~ peratures at the end of RH treatment 0%,吹氧二次燃烧放热计算式如下： 2.2加A1和吹氧对钢水的热补偿效果 (1)加A1效果.在RH精炼过程中，由于钢 202(g)=[0]-5.62×10Jkg

2 5 0 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年 第 3 期 1 . 2 . 3 计算基本参数 在模型的计算过 程 中 , 部分 耐 火材料 的 热 传 导 率和 比热容是随着温 度 的变化而发生相 应的变 化 的 . 各 种耐材 的物性参数如表 1 所 列〔”喇 , 某钢 厂 R H一 M BF 精炼 炉 设 备参数 和 工 艺 参数如表 2 和 表 3 所示 . 表 1 钢 包包衬及包底 、 真空室炉壁及炉底耐火材料的物性参数 T a b l e 1 M a t er i a l P ar a m e t esr o f t h e w a l l a dn bot t o m o f t he I ad k a dn t h e v ac u um v e s e l 材料种类 热导率 (/ w · m 一 ` · ℃ 一 ’ ) 密度 / ( k g · m 一 3 ) 比 热容/ (J · k g ’ ` · ℃ 一 ` ) 发射率 凝 固潜热(/ kI · k g ’ ` ) 重质高铝砖 刚玉 砖 镁铬砖 钢板 钢水 炉渣 1 . 5 2 一 0 . 0 0 0 1 8 6 x t 2 . 0 9 + 0 . 00 1 8 7 x t 1 . 9 7 4 3 2 0 2 3 . 3 0 4 . 0 0 2 50 0 8 3 6 + 0 . 2 3 4 x t 2 9 0 0 7 9 4 . 2 + 0 . 4 1 8 X t 2 8 0 0 7 1 0 6 + 0 . 3 8 9 x t 7 7 0 0 4 7 0 . 0 0 0 . 8 0 7 0 0 0 8 8 0 0 . 4 0 2 5 1 3 5 0 0 1 3 40 0 . 60 4 5 3 . 4 表 2 R H一 M皿 精炼炉设备参数 T a b l e 2 P a r , m p t e r s o f t h e de vi C e fo r R H 一 M F B 真空室尺寸 / m m 真空 室浸溃管 / m m 钢包尺寸 / m m 内径 2 4 4 0 高度 9 6 0 0 直径 7 5 0 长度 1 65 0 内径 4 0 0 0 深度 5 20 0 表 3 R H 一 M BF 工艺参数 T a b l e 3 eT e h n i c a l P a ar me et sr fo r R H 一 M F B 真空室大气压力 / P a 处理后期 真空室钢水液 钢水循环流量/ 面高度 / m m ( t · m i n 一 1 ) 氢气流量 / ( .L m i n 一 ` ) 处理前期 处理前期 处理过程中 R H 处理 时 间/ m i n 环 境大气 压 力 / P a 1 0 0 0 0 10 0 2 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 1 0 1 3 2 . 3 352020巧105 酬蛆东书条护、 2 计 算结果 与讨论 2 . 1 预测 R H 一 M F B 精炼 结束时刻钢水温度 通过选取某钢厂 R H 一 M BF 的 10 炉精炼数据 对模型进行 了验证分析 . 图 3 为 R H 精炼 处理 结 束计 算与实测钢水 温度 比较 . 由 图可 以看出 , R H 精炼处 理结束钢水 温度计算值与实测值的绝对 差 值最 大为 7 ℃ , 最 小为 0 ℃ , 平均误差为 3 . 4 ℃ , 在 土 5 ℃ 以内差值的 比例达到 80 % . 水温 降较 大 , 为达到连 铸过 程对钢 水温度 的要求 , 需要 对钢水进 行温 度补偿 . 对 于 某钢 厂 3 0 t 的 钢包 , 每加 入 3 0 k g 铝 , 可减 少 精炼处理 过 程 温 降 2 2 一 2 4 ℃ . 模型计算结果如 图 4 所示 了 ’ 实测值 . 计算值 一, ` m m , 3 0 m l n . 。 。 : 32 黑 ` . 若s m i · ) “ 厂 ’ n 10 0 20 0 30 0 4 00 加 A I量 k/ g 图 4 加 lA 里与钢水温度关系图 F i g . 4 eR l a t i o sn h i P be t w e e n t h e 灿 o u爪 o f a l u m i n i u m a dd de a n d t h e t帅 pe ar t uer o f om lt e n s t e l 侧书条明护、 实测数据编号 图 3 R H 精炼处理结束计算与实测钢水温度比较 F ig . 3 C o m四 ir s on b e tw e n the 幻口 e a s uer d au d e a l c u l a tde t e m - 伴 r a t u r es a t the e n d o f R H t姗 t me n t ( 2) 吹 氧效 果 . 在 不 吹 氧 的情 况 下 , 精炼前 期的钢水温 降大 , IF 钢前 2 0 m in 温 降为 25 一 30 ℃ . 精炼 2 0 m in 时 , 吹氧 对钢 水温 度 的补偿能达 到 5 ℃ 左 右 . 吹氧 升温 , 氧 的 收 得 率 为 65 % 一 7 0 % , 吹氧二 次燃烧放热计 算式 如下 : 2 。 2 加 A I 和吹 氧对钢水的热 补偿效 果 (1 ) 加 iA 效果 . 在 R H 精炼过程 中 , 由于钢 合、 ( g , 一 〔O J 一 , · 6 2 X ` 0 6 , · k g 一 `

Vol.28 No.3 韩传基等：RH-MFB精炼过程中钢水温度预测模型 251· 00+202(g)=C0-6.364×10Jm3 顶枪通氧量与游离氧的关系：1m3O2增加游 10H 10 离氧1.8×10-6~2.2×106，当钢中[0]含量很 6 高时，每104[0]，能使钢水温度提升4~4.5℃. 420 35 图5为吹氧量与钢水升温量关系图 500 10001500 2000 加冷却材量kg 14 12 图6加冷却材量与钢水温降量关系图 104 11.6 Fig.6 Relationship between the amount of cooling materials added and the temperature drop of molten steel 6 3.9 0 19 3.5 3.1 100 200 300 3.0 2.5 加氧量m3 2.5 图5吹氧量与钢水温度关系图 1.5 1.0 Fig.5 Relationship between the amount of oxygen added and 0.8 0 the temperature of molten steel 500 1000 1500 2000 加低锰量kg 2.3冷却材对钢水温度的影响 图7加低锰量与钢水温降量关系图 在RH精炼初期，钢水温度较高时，需要加入 Fig.7 Relationship between the amount of manganese added 一定的废钢使钢水温度符合要求，对于某钢厂 and the temperature drop of molten steel 300t的钢包，冷却效果为每吨冷却材温降7℃左 为模型计算结果.在合金补加量不大的情况下， 右，模型计算结果见图6 可忽略合金补加对钢液温度的影响. 2,4其他合金对钢水温度的影响 2.5真空室热状态对钢水温度的影响 通过不同合金的组成，把单质的物理热和化 由图8可知，真空室预热温度对钢水温度影 学热折合成合金加入钢液后总热量.在计算单质 响较大.真空室预热温度从700℃上升到1300 的化学热时，要考虑合金的回收率 ℃，真空室预热温度每提高100℃，钢水温度平均 对于某钢厂300t的钢包，低锰的加入量为 上升6℃. 400~500kg,钢水的温降量不超过0.8℃.图7 1620 真空室预热温度700℃ 1610 真空室预热温度800℃ 真空室预热温度900℃ 1600 真空室预热祖度1000℃ *一真空室预热温度1100℃ 21590 ·一真空室预热温度1200℃ 真空室预热温度1300℃ 1580 1570 1560 1550 154004681024,161820224262830 精炼时间min 图8真空室内壁初始温度对RH-B精炼过程中钢水温度的彩响 Fig.8 Effect of the initial inner-wall temperture of the vacuum vessel on the temperture of molten steel during RH-MFB treatment 3结论 型预报RH-MFB设备精炼IF钢的钢水温度，与 实测钢水温度相比，平均误差只有3.4℃，误差在 (1)根据RH-MFB精炼过程中的物理模型， ±5℃以内的数值占80%. 建立了精炼过程中钢水温度的预报模型.用此模 (2)RH-MFB精炼开始阶段，钢水温度急剧

V o l . 2 8 N o . 3 韩传基等 : R H一 M BF 精炼过程中钢水温度预测模型 e o + 鲁o2 ( g ) 一 e oZ 一 6 . 3 6 4 x l o 6 ) · m 一 , 石 顶枪 通氧量 与游离氧 的关系 : 1 m 3 o : 增 加游 离氧 1 . 8 x z 0 一 “ 一 2 . 2 x z o 一 6 , 当钢中〔O 〕含量 很 高时 , 每 10 一 4 【O ] , 能使钢水温度提 升 4 一 4 . 5 ℃ . 图 5 为 吹氧 量与钢 水升温 量关系图 . 0 0 0 1 50 0 2 00 0 6420 八0 6 ,山 0 啊蛆书呆六沪、 14 l 2 10 8 6 4 2 加冷却材量 摊 图 6 加冷却材量与钢水温降量关系图 F i g , 6 a d d e d b e t w e en t h e a m o u n t o f c 0 0 li n g am t e r i a l s an d the t e m P e ar t ur e d ro P o f m o l t en s t ce l 嗽书护、咧蛆条 “ 一嗽厂一哺了一不渝一一谕 世书呆护、咧蛆 加氧量 /m 3 图 5 吹氧量与钢水温度关系图 F ig · 5 R e lat 盛o ns h i P b e t讹 e n t h e a mo u n t o f xo y g en a d d e d a dn t h e t e m P e ar tur e o f mo lt e n s t e e l 3 5 3 . 0 2 . 5 2 . 0 1 . 5 1 . 0 0 . 5 0 0 00 1 5 00 加低锰量 瓜 g 2 . 3 冷却材对 钢水温 度的影 响 在 R H 精炼初期 , 钢水 温度较 高时 , 需要 加入 一定 的 废 钢 使 钢水 温 度 符 合要 求 , 对 于某 钢厂 3 0 0 t 的钢包 , 冷却效果 为每吨冷 却材温 降 7 ℃ 左 右 . 模型计算 结果见 图 6 . 2 . 4 其他合金对钢水温 度的 影响 通过不 同合金 的组 成 , 把 单质的 物理 热和 化 学 热折合成合金加 入钢液后 总热量 . 在计算单质 的化学热 时 , 要考虑 合金 的 回收率 . 对于某钢 厂 3 0 t 的钢 包 , 低 锰 的加入 量 为 40 0 一 5 0 0 k : , 钢 水 的 温 降量 不 超 过 0 . 8 ℃ . 图 7 1 6 2 0 厂 - -- - - - - 一 . - ~ 一一 一 - 图 7 加低锰量与钢水温降量关系图 F i g a n d R el a t i o ns h i P be t w e e n t h e a n l o un t o f m a n g a ne se a d d e d t e m eP r a t ure 山o P o f om lt e n s t e l 为 模 型计 算结 果 . 在合金 补 加量 不 大 的情 况 下 , 可 忽略合金 补加对 钢液温 度 的影 响 . 2 . 5 真空室热状 态对钢水温度 的影响 由图 8 可 知 , 真空室 预热 温 度 对钢 水温 度影 响较大 . 真 空 室预 热 温 度从 7 0 ℃ 上 升到 1 3 0 ℃ , 真 空室预 热温度 每提高 10 0 ℃ , 钢水 温度 平均 上 升 6 ℃ . 真空 室预热温度 70 0 ℃ n曰n é 0 1 八ljCU 1. n 臼ùù了b气叮nU,0了 一、ó ù 侧书呆尸鸡、 0 CU 6 l j ùù、 ó气ú 54 0 洁一谧一 ~亩一才 一 咭一苗厂万遨 14 16 18 精炼时间 m/ in 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 图 8 真空室内壁初始温度对 R H 一 M F B 精炼过程中钢水温度的影响 F i g . 8 E fe e t o f t h e i n i t i a l i n n e -r w a Il t em p e rt u er o f t h e v a c u u m v e s s e l o n t h e t e m 碑r t u er o f m o l t en s t e l d u r i n g R H 一 M BF t r e a t me nt 3 结论 ( 1) 根据 R H 一 M F B 精炼过程 中的物理模型 , 建立 了精炼过 程 中钢水温 度的 预报模型 . 用 此模 型预 报 R H 一 M F B 设备 精炼 I F 钢的钢 水 温 度 , 与 实 测钢水温 度相 比 , 平均误 差 只有 3 . 4 ℃ , 误 差 在 士 5 ℃ 以 内的数值占 80 % . ( 2) R H 一 M F B 精炼 开 始 阶段 , 钢水温 度急 剧

·252· 北京科技大学学报 2006年第3期 下降，前l0min降温速率约为3℃·min1.随后 point Guidance System for the Refining of Ultra-low-carbon 加A1对钢水加热升温.加A1结束后，钢水温度 Steel in RH Process.Iron and Steel Society,1992:217 升至最高点，这时钢水又开始缓慢降温，最终达到 [4]Henzel G,Keverian J R J.Ladle temperature loss//Proceeding of Electric Furnace Conference.Pittsburgh,1961:435 目标温度. [5]陈家祥，炼钢常用图表数据手册.北京：冶金工业出版社， (3)加A1、吹氧、冷却材的投入和真空室内壁 1984:58 温度对RH精炼过程中钢水温度影响较大，在合 [6]杨世铭.传热学，西安：西安交大出版社，1982：168 金补加量不大的情况下，可忽路合金补加对钢液 [7]钱之荣，范广举.耐火材料实用手册.北京：治金工业出版 社，1992：367 温度的影响. [8]张先棹.治金传输原理.北京：冶金工业出版社，1988：436 参考文献 [9]Zhao Y F,Irons G A.The effect of oxygen on hot metal desulphurization//1993 Steelmaking Conference Proceedings. [1]刘浏，杨强，张春跋.H精炼钢水温度预报模型.钢铁研 Dallas,1993:69 究学报，2000,12(2)：15 [10]Han S B,Park J M,Shin G,et al.The mathematics model [2】张春霞.RH-KTB真空精炼过程计算机控制数学模型的开 for secondary refining process control at Kwangyang Works, 发[博土后研究报告].北京：治金部钢铁研究总院，1997 posco//1995 Steelmaking Conference Proceeding.1995:579 [3]Tachibana H,Yamamoto T,Narita K,et al.On-line End Temperature prediction model of molten steel for RH-MFB refining process HAN Chuanji,LIU Qing,WU Kai,CAI Kaike Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT A mathematical model of RH-MFB process was developed.The temperature of molten steel can be calculated by Delphi program.The results show that the temperature of molten steel declines drasti- cally in the beginning of refining,and the speed of temperature drop is approximately 3C.min in the first 10 min.Al addition,blowing oxygen,alloy addition and the initial temperature of the vacuum vessel wall have more effect on the temperature of molten steel.A comparison between the calculated and mea- sured temperatures shows that the values with average errors in +5C is by 80%for predicting the temper- ature of molten steel at the end-point of RH-MFB process. KEY WORDS RH-MFB;refining;molten steel temperature;mathematical model

2 5 2 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年 第 3 期 下降 , 前 10 m in 降温速率约 为 3 ℃ · m i n ’ ` . 随 后 加 lA 对钢水 加 热 升温 . 加 iA 结束后 , 钢水 温 度 升至最 高点 , 这时钢水又 开 始缓慢降温 , 最 终达 到 目标温度 . ( 3) 加 iA 、 吹氧 、 冷却材的投入和真 空室 内壁 温度 对 R H 精 炼过程 中钢水 温 度影 响 较大 , 在 合 金补 加量不 大的情况 下 , 可忽略 合金 补 加 对钢 液 温 度的影 响 . 考 文 献 刘浏 , 杨强 , 张春 霞 . R H 精炼钢 水温度预报 模型 . 钢铁研 究学报 , 2 0 0 0 , 1 2 ( 2 ) : 一5 张春霞 . R H 一 K BT 真空精炼过程计算机控制数学模型的开 发 〔博士后研 究报告」 . 北京 : 冶金部钢铁研究总 院 , 1 9 9 7 T a e h i ban a H , Y a m am o to T , N a r i t a K , e t al , (〕 n . l i n e E n d - p o i n t G u id an e e S y st e m fo r t h e R e fi n i n g o f U lt ar 一 lo w 一e ar b o n S t e el i n R H P ocr e s s , I or n an d S t e e l oS e i e t y , 1 9 9 2 : 2 17 [ 4 ] eH nz e 1 G , K e v o a n J R J . L a d l e t em p e r a t ur e l o s / P or e e di昭 o f E lce t ir e F u rn a e e oC 时e r e n e e . P i t t s b u 堪h , 19 6 1 : 4 35 【5] 陈家祥 . 炼钢常用图表 数据 手册 . 北京 : 冶金工业 出版社 , 1 9 8 4 : 5 8 〔6 J 杨世铭 , 传热学 . 西安 : 西安交大 出版社 , 1 9 82 : 1 68 【7 〕 钱 之荣 , 范广举 . 耐火材料 实用手册 . 北京 : 冶金工业 出 版 社 , 1 9 92 : 3 6 7 「8] 张先掉 . 冶金传输原理 . 北 京 : 冶金工业出版社 , 19 8 : 436 [ 9 ] Z h a o Y F , I or n s G A . T h 。 e f f e e t o f o x y g e n on ho t m e t a l d es 以 ph iur azt lon / 2 9 9 3 S t e e lm a k呢 oC n fe er n e e P ocr e ed i n 邵 . D al a s , 1 99 3 : 6 9 【1 0」 H明 S B , P ar k J M , s ih n G , e t al . T h e m a t h e ma t ics m od e l fo r s e co nd a r y efr i n i叱 p ocr e s s co n t r o l a t K w a n g y a l l g Wor k s , 卯cs o / 1 9 9 5 S t e el m a k in g oC n fe r e n e e p ocr e d i n g . 1 9 95 : 57 9 参l[] ,J. J 2 2 厂é . . rL T e m P e r a t u r e p r e d i e t i o n m o d e l o f m o l t e n s t e e l f o r R H 一 M F B r e f i n i n g p r o e e s s 月A N hC u a nj 乞 , L I U Q 艺n g , W U K a i , 〔沮 1 K a ik e M et al l u 馆i e al a n d E e o l o g i e al E gn i n e e r i n g S e l l o l , U n i vers i t y of S e i e n e e an d T e e 】I n o ogl y B e ij i n g , B e ij ign 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T A m a t h e m a t i e a l m o d e l o f R H 一 M F B p or e e s s w a s d e v e ol p e d . T h e t e m p e r a t u r e o f m o l t e n s t e e l e a n b e e a l e u l a t e d b y D e lp h i p r o g r a m . T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e t e m p e r a t u r e o f om l t e n s t e e l d e e li n e s d r a s t i - e a ll y i n t h e b e g i n n i n g o f r e fi n i n g , a n d t h e s p e e d o f t e m p e r a t u r e d or p 1 5 a p p or x im a t e l y 3 ℃ · m i n 一 1 i n t h e f i r s t 1 0 m i n . IA a d d i t i o n , b l o w i n g o x y g e n , a ll o y a d d i t i o n a n d t h e i n i t i a l t e m p e r a t u r e o f t h e v a e u u m v e s s e l w al l h a v e m o r e e f f e e t o n t h e t e m P e r a t u r e o f m o l t e n s t e e l . A e o m p a r i s o n b e t w e e n t h e e a l e u l a t e d a n d m e a - s u r e d t e m p e r a t u r e s s h o w s t h a t t h e v a l u e s w i t h a v e r a g e e r r o r s i n 士 5℃ 1 5 b y 8 0 % f o r p r e d i e t i n g t h e t e m p e r - a t u r e o f m o l t e n s t e e l a t t h e e n d 一 P o in t o f R H 一 M F B p r o e e s s . K E Y W O R D S R H 一 M F B ; r ef i n i n g ; m o l t e n s t e e l t e m P e r a t u r e ; m a t h e m a t i e a l m o d e l