《北京科技大学学报》：实验室模拟工业喂丝法的数据处理（项长祥、李联生、刘克明、李士琦）

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.02.047 第21卷第2期 北京科技大学学报 Vol.21 No.2 1999年4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 实验室模拟工业喂丝法的数据处理 项长祥李联生刘克明李士琦 北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要以钢液中铵盐脱铜实验为例，分析了实验过程中引起坩埚内钢液质量变化的几种因素， 对模拟工业喂丝法的铵盐脱铜实验数据进行了重新处理，得出了更为合理的钢液中铜含量与脱铜 剂加人量之间的关系并与处理前实验结果进行了对比， 关键词钢液脱铜；工业喂丝法：数据处理 分类号T℉769.9 炼钢生产及精炼过程中，为提高钢材质量， 柱，两端打上内径为3.9mm、深为6~8mm的圆 常采用喂丝法、弹射法及喷吹法向钢液中加人净 孔.用特制小勺在一侧的圆孔内加人约0.01g的 化剂以去除钢液内杂质元素，如加人稀土元素去 脱铜剂，然后用直径4.2mm的铁丝经打磨制成封 除杂质氧、硫等，在实验室中进行不同钢液净化 头塞住装料口.钢柱的另一侧圆孔连结1根直径 剂除杂效果研究时，由于所用坩埚体积小、钢液 4.2mm、长0.5mm的铁丝，按此方法制成200个 质量少，不易直接使用工业喂丝等方法，因而采 加料器， 用少量分批加人净化剂、多次取样的实验方法， 1.3实验结果 以便较准确地模拟工业喂丝过程，)，然而，在实 实验进行2次，实验1用氯化铵作脱铜剂，原 验过程中，由于多次加料和取样，造成坩埚内熔 始钢料407.272g,电解铜2.028g,加入氯化铵共 体质量发生很大变化，所得实验结果与实际情况 0.808g,分7组加入，每个加料器装氯化铵约 有一定差异.而研究者在实验数据处理时往往忽 0.0115g.钢液中铜含量与氯化铵加入量的关系 视这一现象，从而使实验结果的可靠性存在不科 见表1，若将表1数据作图，两者函数关系为一直 学性.本文以钢液铵盐脱铜实验为例，对上述情 线 况得到的实验结果进行了较为合理的数据处理. 表1氯化铵加入量与铜含量的关系 1钢液铵盐脱铜实验 mNHC1)/g00.1150.2310.3460.4620.5770.6920.808 wMCu/%0.490.470.450.420.400.370.360.31 1.1实验设备与方法 由直线斜率可知，加人1gNH,CI引起钢液中 实验在钼丝炉中进行，装置见文献[3].将 铜含量的变化为0.214%，可计算出单位质量NH4 400~500g45号钢料放人内径40mm、高80mm C1的平均脱铜量为0.89g 的刚玉坩埚中，在常压氩气保护下熔化.炉温升 实验2以草酸铵作为脱铜剂.原始钢料 至1600℃时，加人一定量的电解纯铜片，搅拌均 397.942g,电解铜2.058g,共加入草酸铵0.678g, 匀后恒温10min,用石英管抽取原始钢样.然后 分6组加人，每个加料器装草酸铵约0.0113g.钢 用钢棒加料器将一定质量的铵盐脱铜剂迅速插 液中铜含量与草酸铵加入量关系见表2.将表2 入钢液中，停留1~2s后，立即取出加人料器.按 数据作图，可得一直线. 些方法连续插人10次脱铜剂为1组，每组取1个 钢样，共取6~7个样品.用原子吸收光谱分析钢 表2草酸铵加入量与铜含量的关系 样中的铜含量. m(草酸铵)g00.1130.2260.3390.4520.5650.678 1.2加料器制作 w[Cu])%0.510.470.460.440.430.400.38 将直径6mm的钢棒锯成长20mm的小钢 由直线斜率可得，1g草酸铵引起钢液中铜 1998-10-03收稿项长祥男，54岁，教授 含量的变化为0177%，由此可计算出单位质量草 ◆国家自然科学基金资助课题(No.59674029) 酸铵的平均脱铜量为0.71g

第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 · 实验室模拟工 业 喂丝 法 的数据处理 项 长祥 李联生 刘 克 明 李士琦 北京科技 大学 应用 科学学 院 ， 北京 摘 要 以 钢液 中钱盐脱铜实验 为例 ， 分析 了实验过 程 中引起 柑祸 内钢 液质量 变化 的几种 因素 ， 对模拟工 业 喂 丝法 的铁盐脱铜 实验数据进行 了重新 处理 ， 得 出 了更 为合理 的钢液 中铜含量 与脱铜 剂加人量之 间的关 系并 与处理前实验结果进行 了 对 比 关键词 钢液脱铜 工 业 喂 丝法 数据处理 分类号 炼 钢 生 产及 精炼 过 程 中 ， 为 提 高 钢 材 质 量 ， 常采 用 喂 丝 法 、 弹射法 及 喷 吹法 向钢 液 中加人 净 化 剂 以 去 除钢 液 内杂质元 素 ， 如加 人 稀 土元 素去 除 杂 质 氧 、 硫 等 在 实 验 室 中进 行 不 同 钢 液 净 化 剂 除 杂效果 研究 时 ， 由于 所 用 增 锅 体积 小 、 钢 液 质量 少 ， 不 易直 接 使 用 工 业 喂 丝 等方 法 ， 因而 采 用 少 分 批 加 人 净 化 剂 、 多 次 取 样 的 实 验 方 法 ， 以便较准确 地 模 拟 工 业 喂 丝 过 程， ’ 然 而 ， 在 实 验 过 程 中 ， 由于 多 次 加 料 和 取 样 ， 造 成 柑 涡 内熔 体质量 发生很大变 化 ， 所 得 实 验 结果 与 实 际情 况 有一 定差 异 而 研究者 在 实验 数据处理 时往 往 忽 视这 一 现象 ， 从而 使实 验结果 的可 靠性 存在 不 科 学 性 本 文 以 钢 液 按 盐脱铜 实验 为例 ， 对上 述 情 况得到 的实验结果进行 了较 为合理 的数据处理 柱 ， 两端打上 内径 为 、 深 为 的圆 孔 用 特 制小 勺在 一 侧 的 圆孔 内加人 约 的 脱铜剂 ， 然后用 直径 幻 的铁丝经 打磨制成封 头 塞 住 装料 口 钢柱 的另 一 侧 圆孔 连 结 根 直 径 、 长 的铁丝 ， 按此方法制成 个 加料 器 实验结果 实验进行 次 实验 用抓化按作脱铜剂 原 始 钢料 ， 电解 铜 ， 加 人 抓化 按 共 ， 分 组 加 人 ， 每 个 加 料 器 装 氛 化 按 约 钢 液 中铜 含 量 与 氯化 按 加人 量 的 关 系 见 表 ， 若将表 数据作 图 ， 两者 函 数 关系 为 一 直 线 表 级化按加入 与铜含，的关系 钢液按盐脱铜 实验 实验设备与方法 实 验 在 钥 丝 炉 中进 行 ， 装置 见 文 献【 将 一 号钢料放人 内径 、 高 的 刚 玉 增 锅 中 ， 在 常压 氢 气保护下 熔化 炉 温 升 至 ℃ 时 ， 加人 一定量 的 电解纯铜片 ， 搅拌均 匀 后 恒 温 ， 用 石 英 管抽 取 原 始 钢 样 然 后 用 钢 棒 加 料 器 将 一 定 质量 的按 盐脱铜 剂迅 速 插 人 钢 液 中 ， 停 留 一 后 ， 立 即取 出加人 料器 按 些 方法 连续插人 次脱铜剂 为 组 ， 每组取 个 钢样 ， 共 取 个样 品 用 原 子 吸 收光 谱分 析钢 样 中的铜 含量 加料器制作 将 直 径 的 钢 棒 锯 成 长 的 小 钢 创氏 由直线斜率 可 知 ， 加人 引起 钢液 中 铜含量 的变化为 ， 可计算 出单位 质量 的平均脱铜量 为 实 验 以 草 酸 铁 作 为 脱 铜 剂 原 始 钢 料 ， 电解铜 ， 共加人 草酸按 ， 分 组加人 ， 每个加料器 装草 酸钱 约 钢 液 中铜 含 量 与 草 酸 钱 加 人 量 关 系 见 表 将 表 数据作 图 ， 可得 一直 线 表 草酸按加入 与铜含 的关系 草酸馁 」 一 一 收稿 项长祥 男 ， 岁 ， 教授 国家 自然科学基金 资助 课题 由直 线斜 率 可 得 ， 草 酸 钱 引起 钢 液 中铜 含 量 的变化 为 ， 由此 可 计算 出单位质量 草 酸钱 的平均脱铜量 为 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．02．047

·164· 北京科技大学学报 1999年第2期 的减少，必然会引起铜含量变化的增大.为此，必 2实验过程中钢液质量的变化 须对实验数据进行更为合理的处理， 2.1钢液质量变化的计算 3实验数据的重新处理 由于数10次的加料及多次取样，造成坩埚内 钢液质量大幅度变化.因此，表1和表2中的数据 新的数据处理方法必须排除加料器掉头所 不能准确地反映2种铵盐的脱铜效果，为此对实 造成的钢液稀释作用及钢液损失的影响.设：C 验1和实验2的数据进行补充计算， 表示第i组样品的铜含量；M,表示取完第i组样品 假设：N,表示第i组加料器加料前后质量的 后钢液质量；x表示第ⅰ组加料平均单位铵盐脱 改变，m,表示第i组钢样的质量，M表示取第i组 铜量；h,表示脱铜率；n,表示第i组加料器加料时 钢样后钢液的质量，则 的掉头数.综合考虑钢液质量减少和掉头稀释的 M,=M:-1-N-m(i≥1) 影响，可以得出下面的计算公式： 当i=1时，M,-1=MM即为原始钢液质 C,=(M-1·C;-1-ar)IM,-1+bn, 量加上电解铜质量并减去原始钢样质量.2个实 式中，a表示每组加料器的平均铵盐质量，b表示 验的补充数据见表3和表4. 每个掉头加料器的平均质量.实验中b取3g,因 表3实验1补充数据 此有： 组别i N m M =(M-1·C-1-M-1·C-3n,C)·(1/a 0 一 5.0 404.3 h=∑ax/d, 1 16.7 7.8 379.8 其中，d表示原始铜的质量.通过计算机编程计 2 43.1 3.6 333.1 算，对实验1和实验2数据进行重新处理，其结果 3 30.9 3.2 299.0 见表5，表6及图1，图2. 4 28.3 3.1 267.6 表5实验1数据重新处理 5 51.4 1.4 214.8 6 45.3 2.3 167.2 组别：n,个C%MBg h,% 7 33.2 6.1 127.9 0 0.49 404.3 1 4 0.47 379.8 0.212 1.21 表4实验2补充数据 g 3 0.45 333.1 0.541 4.29 组别i N m M 3 3 0.42 299.0 0.539 7.35 0 7.0 393.0 0.40 267.6 0.206 8.52 1 10.7 3.9 378.4 5 3 0.37 214.8 0.407 10.84 2 54.1 3.7 320.6 6 0.36 167.2 0.093 11.37 3 71.5 5.2 243.9 7 0.31 127.9 0.644 15.03 4 67.1 1.8 175.0 5 42.7 3.0 129.3 表6实验2数据重新处理 6 55.4 2.4 71.5 组别i n,个C%Mlg x,/g h;1% 2.2钢液铜含量降低的几种可能性 0 0.51 393.0 1 4 0.47 378.4 由表3和表4数据可以看出，随着不断加料 0.893 4.90 2 0.46 320.6 0.213 6.07 和取样，钢液质量大幅度下降，因此，钢液中铜含 3 2 0.44 243.90.334 7.90 量的降低存在多种可能性，主要有3种原因；一是 4 0 0.43 175.00.216 9.08 铵盐的脱铜作用，这一点通过对加料器前端表面 5 2 0.40 129.30.252 10.47 和横截面用扫描电镜分析，以及对反应气体吸收 6 0 0.38 71.50.229 11.73 液的分析已得到验证；二是加料器安装不牢，加 由表1及表5数据可得氯化铵加入量与脱铜 料时掉人熔池，引起钢液稀释造成铜含量降低； 率的关系图（见图1）， 三是加料器温度低，快速加料后表面会粘出少量 由表2及表6数据可得草酸铵加人量与脱铜 钢液，再加上取样，造成钢液质量不断下降.假设 率关系图（见图2）. 相同质量的铵盐可脱掉同样多的铜，则钢液质量 由图1和图2中直线斜率可知，单位质量氯

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 实验过程 中钢液质量的变化 钢液质量变化 的计 算 由于 数 次 的加料及 多 次取样 ， 造 成 柑 涡 内 钢 液质量 大 幅度 变 化 因此 ， 表 和 表 中的数 据 不 能 准确 地 反 映 种 按 盐 的脱 铜 效 果 为 此 对实 验 和 实验 的数据进行补充计算 假 设 从 表 示 第 组 加 料 器 加料 前后 质 量 的 改变 ， ， 表示 第 组 钢样 的质量 ， 从 表示 取第 组 钢样后 钢液 的质量 ， 则 从 从 一 ， 一 从 一 全 当 时 ， 从 一 城 ， 城 即为原始 钢液 质 量 加 上 电解 铜 质 量 并 减 去 原 始 钢 样 质 量 个实 验 的补 充数据见表 和 表 的减 少 ， 必 然 会 引起 铜含 量 变 化 的增 大 为此 ， 必 须 对实验 数据进 行 更 为合理 的处理 衰 实验 补充数据 组别 实验数据的重新处理 新 的 数 据 处 理 方 法 必 须 排 除 加 料 器 掉 头 所 造 成 的 钢 液 稀 释 作 用 及 钢 液 损 失 的 影 响 设 表示 第 组 样 品的铜含量 从 表示 取 完第 组样 品 后 钢 液 质 量 气 表示 第 组 加 料 平 均 单位 按 盐脱 铜量 ‘ 表示脱铜率 ‘ 表示 第 组加 料 器 加料 时 的掉 头数 综合 考 虑 钢 液 质量 减 少 和 掉 头稀释 的 影 响 ， 可 以 得 出下 面 的计算公式 只 以 一 ， · 叹 一 ， 一 以 ， 式 中 ， 表示 每 组 加料 器 的平 均 钱盐质量 ， 表示 每个 掉头加料器 的平 均 质量 实验 中 取 ， 因 此有 毛 以 一 ， · 一 一 从 一 · 一 ，， · ， 艺 ， 其 中 ， 表 示 原 始 铜 的 质 量 通 过 计算 机 编 程 计 算 ， 对实验 和实验 数据进行重新处理 ， 其结果 见 表 ， 表 及 图 ， 图 表 实验 数据，新处理 组别 伟︸八︸八，，，人产 … 些 丘 表 实验 补充数据 组别 从 ， 、 一 钢液铜含 降低的几种可能性 由表 和 表 数据 可 以 看 出 ， 随着不 断加 料 和 取 样 ， 钢 液 质 量 大 幅 度 下 降 因此 ， 钢 液 中铜 含 量 的 降低存在 多 种 可 能性 ， 主要 有 种 原 因 一是 钱 盐 的脱铜 作 用 ， 这 一 点 通 过 对加 料 器 前 端 表 面 和 横截 面 用 扫 描 电镜 分 析 ， 以 及 对反 应 气体吸 收 液 的 分 析 已 得 到 验 证 二 是 加 料 器 安 装 不 牢 ， 加 料 时 掉 人 熔 池 ， 引 起 钢 液 稀 释 造 成 铜 含 量 降低 三 是 加 料 器 温 度低 ， 快 速 加 料 后 表 面 会 粘 出少量 钢 液 ， 再 加 上 取 样 ， 造 成 钢 液 质 量 不 断下 降 假 设 相 同质 量 的 钱盐 可 脱掉 同样 多 的铜 ， 则 钢液 质量 表 实验 数据重新处理 组别 个 机 从信 ‘ 一 一 一 由表 及 表 数据 可得 氯化钱加入 量 与脱铜 率 的 关系 图 见 图 由表 及 表 数据可 得 草酸铰加人 量 与脱铜 率 关 系 图 见 图 由图 和 图 中直 线斜 率 可 知 ， 单位 质量 氯

VoL21 No.2 项长祥等：实验室模拟工业喂丝法的数据处理 ·165· 16 14 14 12 12 10 810 8 是 8 6 6 4 A 2 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.00.10.20.30.40.50.60.70.8 NH,CI加入量/g 草酸铵加入量/g 图1脱铜率与氯化铵加入量的关系 图2脱铜率与草酸铵加入量的关系 化铵脱铜率为1824%，脱铜量为0.37g单位质量 方法，该方法排除了加料及取样造成钢液质量变 草酸铵脱铜率为12.27%，脱铜量为0.25g 化的影响，所得结果更为合理. 由此可以看出，数据重新处理前，单位氯化 参考文献 铵脱铜量为0.89g,重新处理后为0.37g:而草酸 铵则分别为0.71g及0.25g.显然，处理前由于加 1李联生，项长祥，赵沛，等钢液中铵盐脱铜研究，特殊 料器掉头引起的钢液稀释作用以及加料、取样造 钢，1997,18（增刊）：30 成钢液质量的下降，使得单位质量铵盐脱铜量数 2韩其勇，项长祥，董元篪，等.纯铁液中稀土元素·氧·硫 值偏高，与文献[3]实验结果相比较，重新处理后 平衡的研究.钢铁，1984,19(7)：9 3李联生，项长样，王长华，等喂丝法钢液脱铜.北京科 的数据更为合理， 技大学学报，1997,19(6)：535 4结论 给出了实验室模拟工业喂丝法的数据处理 Data Processing of Imitative Experiments of Wire-feeding in Steelmaking Xiang Changxiang,Li Liansheng,Liu Keming,Li Shiqi Applied Science School,UST Beining,Beijing 100083,China ABSTRACT Several factors which causing the mass changes of the steel melts in the crucibles have been analysized in detail,during such experiments on decopperization by adding ammonium compounds into the steel melts to imitate the wire-feeding in steelmaking.On basis of this,an expressin of the relation between the copper content of the melt and the amount of added decopper- izing agent was developped,by virtue of which the data were reprocessed.The obtaied results are more reasonable than those not reprocessed. KEY WORDS decopperization in steel melt;wire-feeding;data processing

一 项 长祥等 实验室模拟工 业 喂丝法 的数据处理 ‘ 厂 厂 ’ 】 ， 卜 ’ 「 哥军盔罗 ，‘ 八︶ 哥爆盔罗、 「 ‘ 风 加人量 图 脱铜率与级化按加入，的关系 化钱脱铜率 为 ， 脱铜量 为 单位 质 量 草 酸按脱铜率为 ， 脱铜量 为 由此 可 以 看 出 ， 数 据 重 新 处 理 前 ， 单 位 氯 化 按脱铜 量 为 ， 重新处理 后 为 而 草 酸 按则分别为 及 显然 ， 处理前 由于 加 料 器 掉 头 引起 的钢 液稀 释 作 用 以及 加料 、 取样 造 成 钢液 质量 的下 降 ， 使得 单位质量 按盐脱铜量 数 值偏 高 与 文献 实验 结果相 比较 ， 重 新 处理 后 的数据更 为合理 游一一一一 一一一一一上一一一一一一‘ 一一 一 一 草酸钱加人量 图 脱铜率与草酸铁加入 的关 系 方 法 ， 该 方 法 排 除 了 加 料 及 取 样 造 成 钢 液 质量 变 化 的影 响 ， 所得结果 更 为合理 参 考 文 献 李 联生 ， 项 长祥 ， 赵 沛 ， 等 钢 液 中钱盐脱铜研 究 特殊 钢 ， ， 增 刊 韩其勇 ， 项 长祥 ， 董元旎 ， 等 纯铁液 中稀 土元素 氧 一 硫 平衡 的研究 钢铁 ， ， 李联 生 ， 项 长 祥 ， 王 长 华 ， 等 喂 丝 法 钢 液脱 铜 北 京 科 技大学学报 ， ， 结论 给 出 了 实 验 室 模 拟 工 业 喂 丝 法 的数 据处理 一 石口 ， ， ， ， ， 一 论 、 ， ， 一