D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.02.001 第23卷第2期 北京科技大学学报 Vol.23 No.2 2001年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2001 密封罩吹氩喷粉过程钢液脱氮模型 迪林 傅杰朱荣张书彦 魏柏林 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要通过理论计算和试验，建立了密封罩吹氩喷粉过程钢液脱氮模型，模型计算值与实 测值符合较好.结果表明，影响钢液含氮量的主要因素为钢液面氨分压及吹氩量，密封罩喷粉 工艺可以较好地解决喷粉过程钢液的增氨问题. 关键词喷粉；脱氮：密封罩；模型 分类号 TF769.3 喷粉是超低硫钢生产中最有效的脱硫手 氮含量的变化可表示为： 段.大气下的喷粉脱硫，由于喷吹过程存在“卷 d[%N]_d[%N]d[%N] dt dt厦d (1) 渣”或“裸露眼”，钢液增氨是无法避免的.根据 文献报道，一般增氨量在(2040)×10.钢液吸 ar=a空an零m 氨是大气下钢包喷粉的主要问题之一，目前对 钢液总的氨含量变化速度为吸氨速度与脱 于喷粉过程吸氮的研究还很少，对于如何防止 氮速度之和，在时间步长△1内吸氨反应和脱氨 吸氨亦无有效的工艺措施.钢液吸氮的主要影 反应从同一初始氨含量下开始，前一个△t结束 响因素是钢液面上的氮分压P,本研究设计了 时的氨含量为下一个△1反应的初始值.对(2)式 密封罩吹氩喷粉工艺，以降低钢液面的P,减 进行数值积分，可得到喷粉过程中不同时刻的 少钢液的吸氨量.建立了密封罩吹氩喷粉过程 钢液氯含量.所以，要确定钢液总的氨含量变化 钢液脱氮模型，研究了钢液面P,钢液[O],[S]含 速度，需分别求出钢液吸氨速度和脱氮速度. 量、吹氩量、初始氮含量等工艺参数对钢液氮含 模型中的基本假设： 量的影响.模型计算值和试验结果相符.研究表 (1)熔渣不导致钢液吸氨也不导致钢液脱 明，密封罩吹氩喷粉过程不仅能够防止钢液吸 氯，熔渣对氩气泡的静压可以忽略； 氮，而且还具有较好的脱氮效果，该工艺能够很 (2)吸氨和脱氮过程均为液相边界层中氮 好地解决喷粉过程钢液的增氮问题 的扩散和液气界面反应混合控制； (3)喷粉过程中钢液质量不发生变化 1数学模型的建立 2.2钢液吸氨过程 根据钢液吸氮动力学可知，当钢液吸氯过 2.1模型的思路及基本假设 程为混合控制时，应同时考虑相边界层传质和 密封罩喷粉脱硫过程中钢液一方面将从气 界面化学反应过程 氛中吸氮，其吸氮速度取决与钢液面上P和钢 (1)液相边界层传质吸氮速度式为： 液裸露面积；另一方面吹人钢液的氩气具有一 定的脱氮效果，所以喷粉过程中钢液的氨含量 doN=k6N.-[%NI） dt (3) 是由吸氨和脱氨两个过程共同决定的.研究喷 (2)界面化学反应吸氮速度式为： 粉过程钢液氨含量的变化，需要综合考虑钢液 dN=k4[6NE-[%N月 dt (4) 的吸氮和脱氨过程 解(3)和(4)式组成的方程组，结果为： 同时考虑到钢液的吸氨和脱氮过程，钢液 d[%N] 。=k{2[%N.-al d (5) (6) 收稿日期2000-09-18迪林男，33岁，工程师 [%Nl.=kw'√P *"973"及"新一代钢铁材料重大技术"基础研究No.G1998.06.1500) k (7)
第 2 3 卷 第 2 期 2 0 0 1 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n vi e rs tiy o f s c le n e e a n d l 饱c h n o l o gy B e ji ni g V b l . 2 3 N 0 . 2 PA r. 2 0 0 1 密封罩吹氨喷粉过程钢液脱氮模型 迪 林 傅 杰 朱 荣 张 书彦 魏柏林 北京科技大学冶金学院 , 北京 1 00 0 83 摘 要 通过理论计算和试验 , 建立 了密封罩吹 氢喷粉过程 钢液脱氮模型 , 模型计算值与实 测值符合较好 . 结果 表 明 , 影 响钢液 含氮量 的主 要 因素为钢 液面氮 分压 及 吹氢量 , 密封罩 喷粉 工 艺可 以较好地 解决喷粉过 程钢 液 的增氮问题 . 关 键词 喷粉 ; 脱 氮 ; ’ 密封罩 ; 模型 分 类号 FT 7 69 .3 喷粉是 超 低 硫钢 生 产 中最 有效 的脱 硫 手 段 . 大气下 的喷粉脱硫 , 由于喷吹过程存 在 “ 卷 渣 ” 或 “ 裸露 眼 ” , 钢液增氮是无法避免 的 . 根据 文献报道 ` 1,2] , 一般增 氮量在 (2 0~4 0) 、 10 ` . 钢液吸 氮是大气下 钢包喷粉 的主要 问题之一 , 目前对 于 喷粉过程吸氮 的研究 还很少 , 对 于如何防止 吸氮亦无 有效 的工艺措 施 ` 钢液 吸氮的主要影 响因素是钢液面上 的氮分压 凡 2 , 本研究设计 了 密 封罩吹氢喷粉工艺 , 以 降低钢液面 的 凡 , , 减 少 钢液 的吸 氮量 . 建立 了密封罩吹 氢喷粉过程 钢液脱氮模 型 , 研究了钢液面 凡 ,钢液 [o1 ,[ s] 含 量 、 吹氢量 、 初始氮含量等工艺参数对钢液氮含 量 的影响 . 模 型计算值和试验结果相符 . 研究表 明 , 密封罩 吹氢 喷粉过程不仅能够 防止 钢液吸 氮 , 而且还具有较好 的脱氮效果 , 该工艺能够很 好地解 决喷粉过程钢液 的增 氮问题 . 氮含量 的变 化可表示为 : d [% N ] _ d [% N ] dt dr 吸千嘿黔} 脱 (` , 「 oN/ 洲衬 oN/ ’+1 (鲤烈 l )△+t `鲤卿 l )△` (2) QI !吸 ” lQ 脱l ` (5)(3)467 1 数学模型的建立 .2 1 模型的思路及基本假设 密封罩喷粉脱硫过程 中钢液一方面将从气 氛 中吸氮 , 其吸氮速度 取决与钢液 面上 凡 和 钢 液裸露 面积 ; 另一方 面吹人钢液 的氢气 具有一 定 的脱氮效果 , 所 以 喷粉过程 中钢液 的氮含量 是 由吸氮和脱氮 两个过程共 同决定的 . 研 究喷 粉 过程 钢液氮含量 的变化 , 需要综合考 虑钢液 的吸氮和 脱氮过程 . 同时考虑 到钢液的吸氮和脱氮过 程 , 钢液 钢液总的氮含量变化速度为吸氮速度与脱 氮速度之和 , 在时 间步长 △t 内吸氮反应和脱氮 反应从 同一初始氮含 量下开始 , 前一个 △t 结束 时的氮含量为下一个 △t 反应 的初始值 , 对(2 )式 进行数值积 分 , 可得 到喷粉过程 中不 同时刻 的 钢液氮含量 . 所以 , 要确定钢液总的氮含量变化 速度 , 需分别求 出钢液吸氮速度 和脱氮速度 . 模 型 中的基 本假设 : ( l) 熔 渣不导致 钢液 吸氮也不导致 钢液脱 氮 , 熔渣对氢气 泡的静压可 以忽 略 ; (2 ) 吸氮和脱氮过程 均为液相边界层 中氮 的扩散和 液气界 面反应混合控 制 ; (3 ) 喷粉 过程 中钢液质量不 发生变化 . .2 2 钢液吸氮过程 根据钢液 吸氮 动力学可知 , 当钢液 吸氮过 程为混合控 制时 , 应 同时考虑相边界层传 质和 界面化学反 应过程 . ( l) 液 相边界层传质 吸氮速度式 为 : 掣 一 “杀`〔%N ,一 〔 oN/ 〕 云 , (2 )界面化学反应 吸氮速度式 为 平黔 一 ck李〔 oN/ 〕,一 〔%N 3)] 解 (3 )和 (4 )式组成 的方程组 , 结果 为 : 亘碧2 } , 一 “杀〔, 〔%N ,一 a 〕 收 稿日期 20 0 0-() -9 18 迪林 男 , 3 岁 , 工 程师 * ” 73 ” 及 n 新一代钢铁材料重大技术 ” 基础研究伽 。 . G 19 98 .0 6 ` 15 0 ) 陈N] 。 一 盼 杯瓦; 丸 a = 百 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 02. 001
·98· 北京科技大学学报 2001年第2期 由参考文献[3~5]可得到，式中液相边界层 其中：P为气泡在钢液高度为h时所承受的总 传质系数k确定为0.03cm/s;由文献[6]得到： 压力，Pa;nw为吹人的氩气的量，mol. k.=kl+Koco+Ksas (8) P=P+1.0325×105 (15) 其中，为未受氧、硫影响的传质系数，1600℃ P翩液一hP (16) O. 时取15.0cm/%s；Ko,K为氧、硫的吸附系数， nw1000×22.4 (17) 1600℃时分别为300和130；o,为氧、硫的活 式中，%为吹人的氩气流量，cms,包括底吹 度（以1%稀溶液作标准态）. Ar气和喷粉吹入的Ar气. 2.3钢液脱氨过程分析 (2)界面化学反应： 密封罩喷粉过程钢液的脱氮，指的是吹入 nix,=ke(PN-PNb) (18) 钢液的氩气泡的脱氨.脱氮过程是吸氨氯的相反 过程，所以，对吸氮过程的研究方法同样适用于 n-k1+Koao+Ksa购 (PN-P) (19) k为1600℃时取15.0cm/%s;Ko,Ks在1600℃ 脱氯过程. 时分别为300,130. 氩气泡对于钢液中的氮氨来说，相当与一个 由(1)和(2)2个步骤求得脱氨总的反应式为 个的小真空室，其脱氯的机理与真空脱氮的机 (20)式： 理-一样，都可以用西华特定律来解释，即[6N.= d[%N] KNVPN,. d =-k{%N+-aK-[%Nt 5 +kP 121 喷粉过程氩气泡的脱氨与真空吹氩过程脱 (20) 氮相似，不同之处为钢液面氨气分压P不同， 式中， a毫a (21) 所以可以引用真空吹氩过程模型来研究大气下 吹氩脱氯.目前，真空吹氩脱氮模型有德国Ma- 将(5)式及(20)式代入(1)式可得到钢液氨含 nnesmann钢铁厂开发的经验模型仞，理论模型有 量变化的总方程(22) Gaye网真空吹氩脱氨模型和周世样开发的修正 -k42KP-10gM-%N+受- dt Gaye模型.周世祥模型对真空吹氩脱氮过程的 K-NKKP (22) 描述比较准确，本模型参考周世祥修正Gaye 2.4模型参数的选取及验证 模型，认为脱氮过程受液相边界层传质和界面 图1为密封罩吹氩喷粉装置示意图 化学反应的混合控制，建立了如下的吹氩脱氮 密封吹氩喷粉试验在250kg中频感应炉上 模型. 进行，喷粉试验中固定粉剂粒度(80~100目)，喷 (1)在液相边界层传质： m=-k=1D%N]-[%N) 升降机构 (9) 喷枪 k059x (10) 喷 密封罩 其中，D为氨在钢液中扩散系数；4为气泡的 当量直径；是气泡平均上浮速度.平均当量直 Ar 7777 感应炉 径可表示为： d。=0.9/p44 (11) 其中，八为表观速度，即某一截面上气体的体积 图1密封罩吹氯喷粉装置示意图 流速与该截面的面积之比，cm/s.某一时刻的平 Fig.1 Schematic diagram of powder injection apparatus with 均上浮速度： sealed cover under argon blowing conditions 4=22.15×√d,·iio4ex.(cm/s） (12) K=是(emg) 枪插入深度（熔池深度23处）及喷吹压力 (13) (0.15-0.18MPa；以钢液面氨分压、吹氩量、[O], 式中，2a为距底部高度h处气体的流量cms, [S]含量、钢液初始氨含量等为参数，研究各工 A为h处的横截面积. 艺参数对钢液氨含量的影响.喷粉过程中取钢 2.8 (14) 液面炉气成分样及钢样.钢液量为100kg,最大 熔池深度0.34m,直径0.23m;底吹氩流量为
北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 1 年 第 2 期 由参 考文献 [3 一 15 可得 到 , 式 中液相边 界层 传 质系数 丸确定为 .0 03 c而 s ;由文献 [6] 得到 : 其 中 : P 为气泡 在钢液 高度 为 h 时所 承受 的总 压力 , aP ; nr^ 为 吹入的氢气 的量 , m .ol 反川拓1 宁I升、 0伪共)宁才、一S 仅S ( 8 ) 其 中 , 脚为未受氧 、 硫影 响的传 质系数 , 1 6 0 ℃ 时取 巧 .o c m /% . 5 ; oK , sK 为氧 、 硫 的吸附系数 , 1 6 0 0℃ 时分别为 3 0 和 1 30 ; ao , as 为氧 、 硫的活 度 (以 1% 稀溶液作 标准态 ) . .2 3 钢液脱氮过程分析 密封罩 喷粉过程钢液 的脱氮 , 指 的是 吹人 钢液 的氢 气泡 的脱氮 . 脱 氮过程是吸氮 的相反 过程 , 所 以 , 对吸氮过程的研究方法 同样适用于 脱氮过 程 . 氢气 泡对于 钢液 中的氮来说 , 相 当与一个 个 的小真空室 , 其脱 氮的机理与真空脱氮 的机 理一样 , 都可 以用西华特定律来解 释 , 即〔% N] 。 = 瓜丫兀: . 喷粉过程氢气泡的脱氮与真空 吹氢过程脱 氮相似 , 不同之处为钢液 面氮气 分压 凡 2 不同 , 所 以可 以引用真空 吹氢过程模型 来研究 大气下 吹氢脱 氮 . 目前 , 真空 吹氢脱氮模 型 有德国 M a - mI es m axm 钢铁厂开发 的经验模 型 `7 , , 理论模 型有 G ay els] 真空吹氢脱氮模型 和周世祥19 开发的修正 G ay e 模型 . 周世祥模 型对 真空吹氢脱氮过程 的 描述 比较准确 , 本模 型参 考周世祥 修正 G ay e 模型 , 认为脱氮过程受 液相边界层传质和 界面 化学反应 的混合控制 , 建 立 了如下 的吹氨脱氮 模型 . ( 1) 困 ]在液相边界层传质 : 尸卜尸钠液+ 1 . 0 3 2 5 x 10 , 入 液 = h stP n Z^翁淤渝 式 中 , 0rQ^ 为吹人 的氢气 流量 , c m sz/ , rA 气 和喷粉吹入 的 iA 气 . (2 ) 界 面化学 反应 : ` : 二 kc 低 i一凡启 ( 1 5) ( 16 ) ( 17 ) 包括底 吹 、 叫诫志赢叭 动 一 瑞 ( 18 ) ( 1 9 ) 脚 为 1 6 0 0 oC 时取 1 5 . o e耐% · s ; oK , sK 在 16 0 0 oC 时分别为 3 0 0 , 13 0 . 由( l) 和 (2 )2 个步骤求得脱氮总 的反应式为 ( 2 0 )式 : d〔% N 〕 dr 式 中 , 脱一略{%N[ ]谬心 一 { 。 二 一 %N[ +] !剖减` 。 } ’ “ } ( 2 。) · 资亏赢 ( 2 1) 将 (5 )式及 (20 )式代人 ( l) 式可得到钢液氮含 量变化 的总方程 ( 2 2) d f% N l , A 「_ _ _ 1 。 10 0呱 a ` r 。 , 、 , , . a 尸 ~ 丝贷理= 一么号考2瓜烈)一二竺上竺三竺上兰 一 汇% N 〕十畏-暇 一 dr ” , V 〔~ ` 刊` “ ’ P L ` “ 一 J ’ 2 “ N 「 。 暇 一 [% N ] + {荟1砍呱几 , } ’ ” } (2 2 ) [ 一 ` “ 刊 L ` “ ` ’ J ’ L Z J 一刊 ’ “ 八 ` “ ’ J J 、 “ “ , .2 4 模型参数的选取及验证 图 1 为密封罩 吹氢喷粉装置 示意 图 . 密封吹氢 喷粉 试验在 2 50 掩 中频感 应炉上 进行 , 喷粉试验 中固定粉剂粒度 ( 8 0一 10 目) , 喷 甄 一么一 试淤〔%N 卜 %N[ : i ) =kl0 .5 9 坪 ( 9 ) ( 1 0) 其 中 , 众 为氮在钢液 中扩散 系数 ; 试 为气 泡的 当量直径 ; 姚 是气泡平均上浮速度 . 平均 当量直 径可表示 为 : 疏= .0 9衅科 ( n ) 其 中 , K 为表观速度 , 即某 一截 面上气体的体积 流速与该截面 的面积之 比 , c而5 . 某一时刻 的平 均上浮速度 : 姚 = 2 2 . 1 5 x 了风 · 衅 , ” 向 , ,OgI K ( e ln/ s ) ( 12 ) 喷 粉 罐 士 。 一 签 c( ` s) 式 中 , hQ 为距底部 高度 h 处气 体 的流量 A * 为 h 处 的横截面积 . ( 13 ) e m3 / s , 门 = 丑卫丛 ` 月 尸 ( 14) 图 1 密封 革吹 盆喷粉装里 示意 图 F ig · 1 S e h e m a t ic d is g ar m o f P o w d e r inj e e iOt n a P P a r a t u s w it h s e a l e d e vo e r u n d e r a r g o n b l ow i n g e o n d it i o n s 枪 插人 深 度 (熔 池 深 度 2 3/ 处 ) 及 喷 吹 压 力 (0 . 15 ~0 . 18 M P ;a) 以钢液 面氮分压 、 吹氢量 、 【o] , 【s] 含 量 、 钢液初 始氮含量等 为参 数 , 研究各 工 艺参数对钢液氮 含量的影 响 . 喷粉过程 中取 钢 液面炉气成分样及钢样 . 钢液量 为 l o kg , 最 大 熔池 深度 .0 34 m , 直径=d .0 23 m ; 底 吹氢流量为
Vol23 No.2 迪林等：密封罩吹氩喷粉过程钢液脱氮模型 99 0,p=7200kgm,熔池温度保持为1600℃， 以与大气下喷粉时不同.吹入钢液的每一个氩 Dw-9.2×10-5cm2so.钢液面氮分压通过密封罩 气泡的脱氯量是一定的，增加吹氩量，氩气泡数 吹氩来控制 量增加，因而，总的脱氮量也随之增加了， 3.2氯、硫含量的影响 3结果及讨论 图4为钢液氧含量和硫含量对脱氮率的影 根据建立的氨含量变化模型，代入选取的 响.由图4可以看到，钢液溶解的氧，硫含量增 参数值，对(2)式进行数值积分，计算出喷粉过 加时，脱氮率降低，脱氮率较高的炉次，其钢液 程中各工艺因素对钢液氮含量影响，并与试验 氧，硫含量都是很低的.其原因是由于氧、硫为 值对照.模型计算结果及试验值如图2~图5所 表面活性元素，氧、硫占据了钢液表面，将阻碍 示 钢液脱氨.氧、硫占据的钢液表面分数为日，则表 31钢液面氨分压及吹氩量的影响 观脱氨常数可以表示为： 喷粉时吹入钢液的氩气泡中的初始氨分压 K31=k(1-) (23) 为0，对于钢液中的氨来说，相当于一个个小真 式中，为钢液中氧、硫表面活性作用消失时 空室，其脱氨的机理与真空脱氨的机理一样，都 液相边界层的表观脱氨常数.氧、硫含量增加， 可以用西华特定律来解释.从图2可见，钢液面 日值增大，k'减小，钢液的脱氨速度降低.当钢 氨分压对钢液脱氨率有显著的影响，当P,为 液吸氮时，氧、硫将阻碍吸氨.所以，对钢液脱氨 0.01-0.02MPa时脱氨率较高，当P,增加为0.05 来说，希望钢液中氧、硫含量尽可能低，当主要 MPa,钢液将增氨.图3为吹氩量对脱氨率的影 目的是为了防止钢液吸氨时，希望钢液氧、疏含 响.由图3可见，随吹氩量增加，钢液脱氮率增 量高一些 加，在大气下喷粉时，提高吹氩量，钢液翻腾严 80Pw=0.01MPa… OJ10,S3×10 [O]3×10-,[S]5×10 重，钢液吸氨增加.在本试验条件下，由于降低 70 --[0]5×10-5,[]10- 。日●试验值 了钢液面P.,钢液脱氨速度大于吸氮速度，所 80 9-01x/[N 60 50 10 PN,=0.05 MPa 40 60 a●6试验值 50 P=0.02MPa。 30L 0 ⑦ 120 180.240 % P.=0.01MPa tis 图4钢液O]和S对氨含量的影响 30 Fig.4 Effect of [O]and [S]on nitrogen content of liquid 0 60 120 180 240 steel tis 图2钢液面Pw对氨含置的影响 3.3初始氨含量的影响 Fig.2 Effect of Ps on liquid steel facial on nitrogen content 初始氨含量对终点氨的影响如图5.由图5 70 100Pw=0.01MPao]10,S]3x10 Ps=0.01 MPa 日·▲试验值 90 --Oj3×10,Sj5×10- 一[o]5×10-,S]10 60 80 ▲e。试验值 0Ix/[N] 70 0.25m 50 60 0.45m3 ● 50 ...e 40 六060m2 40 30 30 0 60 120 180 240 0 60 120 180 240 t/s t/s 图3吹氨量对氨含量的影响 图5门对钢液门的影响 Fig.3 Effect of argon blowing flow on nitrogen content Fig.5 Effect of门.on门
V 6 1 . 2 3 N o . 2 迪林 等 : 密封罩 吹氢喷粉 过程 钢液 脱氮模型 0 , 刀= 7 2 0 0 k g /m 3 , 熔 池 温度 保 持 为 1 6 0 0 oC , 众 = .9 x2 1 0 一 ’ 。耐/ s `10] . 钢液面氮分压通过 密封罩 吹氨来 控制 . 3 结果及讨论 根据建立 的氮含量变 化模 型 , 代 人选取的 参数值 , 对 (2 ) 式进行数值积分 , 计算 出喷粉过 程中各工艺 因素对钢 液氮含量影响 , 并与试验 值对照 . 模型计算 结果及试验值如 图 2一 图 5 所 不 . .3 1 钢液面氮分压及吹氛t 的影响 喷粉时吹人钢液的 氢气 泡中的初始氮分压 为 0 , 对于 钢液 中的氮来说 , 相 当于一个个小真 空 室 , 其脱氮 的机理与真空脱氮 的机理一样 , 都 可 以用西华特定律来解释 . 从 图 2 可见 , 钢液面 氮分 压对钢液 脱氮率有 显著 的影 响 , 当 凡 为 .0 0 1一.0 02 M aP 时脱氮率较 高 , 当 凡 增加 为 .0 05 M aP , 钢液将增氮 . 图 3 为吹氢量对脱氮率 的影 响 . 由图 3 可见 , 随吹氢量增加 , 钢液脱氮率增 加 , 在大气下喷粉 时 , 提高吹氢量 , 钢液 翻腾严 重 , 钢液吸氮增加 . 在本试验 条件下 , 由于 降低 了钢液 面 凡 2 , 钢液脱氮速度大于 吸氮速 度 , 所 以与大气下 喷粉时不 同 . 吹人钢液 的每一个 氢 气泡的脱氮量是一定 的 , 增加吹氢量 , 氢气泡数 量增加 , 因而 , 总的脱 氮量也 随之增 加 了 , .3 2 氧 、 硫含t 的影响 图 4 为钢液氧含量和 硫含量对脱 氮率的影 响 . 由图 4 可 以看 到 , 钢液溶解 的氧 , 硫 含量增 加 时 , 脱 氮率降低 , 脱 氮率较高 的炉次 , 其钢液 氧 , 硫 含量都是很低 的 . 其 原 因是 由于氧 、 硫为 表面活性元 素 , 氧 、 硫 占据了 钢液表 面 , 将阻碍 钢液脱氮 . 氧 、 硫 占据的钢液表面分数 为0 , 则表 观脱氮 常数可 以表示 为 : k ,l = 对( 1一 0) ( 2 3 ) 式 中 , 脚 为钢液 中氧 、 硫表面活性作用 消失 时 液相边界层 的表观脱氮 常数 . 氧 、 硫 含量增加 , 0 值增大 , 么 ` 减小 , 钢液 的脱 氮速度降低 . 当钢 液 吸氮时 , 氧 、 硫将阻碍吸氮 . 所 以 , 对 钢液脱氮 来说 , 希望钢液 中氧 、 硫含量尽可 能低 , 当主要 目的是为 了防止钢液吸氮时 , 希望钢液氧 、 硫含 量 高一些 . 凡 了 一 住 ol MP a二 [ 0 ] 10 一 , , [ S ] 3 x l o 一 , [ 0 ] 3 x l o 一 , , [ S ] s x l o 一 , 一 1 0 ] s x l o 一 , , 1 5 ] 10 一 ` ` e . 试验值 8 0 { 70 卜 凡 = 认 05 M p 色 沐泛 - - - - - - - 一 ,- - - - 一 nU o 八nUO ǎ1K26 、 r ó 4 宁。工x 、ēì之 e 么 . e 试验值 二 凡 一 .0 2 M aP . e 介 显 、 - - - 一 二: - 一 , 凡 = 0 . 0 1 M Pa 3 0匕一一一一一占一一一一一一` 一一 0 60 1 20 1 8 0 24 0 t/ S 图 2 钢 液面 凡 对氮 含 t 的影响 Fi g · 2 E fe e t o f凡 o n li q u id s t e e l af e i a l 0 . n i tor g e o e o . et . t 7 0 1 _ 。 。 , , , _ 山haI 一 .U ” ’ “ ar e 二 试验值 30 1 . , ~ . 1 - 一 , } 0 6 0 120 180 2 4 0 t/ S 图 4 钢 液 【0 】和 ls 】对 氮含 , 的 影响 F i’g 4 E fe e t o f 10 1 a dn 15 1 o n n it or g e n c o n t e n t o f ilq u id s t e e l .3 3 初始氮含 , 的影响 初始氮含量对终点氮 的影 响如图 5 . 由图 5 1 00 }凡二 o . o l M P a 1 1 ` 一 1 0 ] 10 一 , , 1 5 ] 3 x l o 一 , 】 一 o[ ] 3 x I O 一 , , [ S ] s x l o 一 , 一 [ o l s x l o 一 , , [ S ] 10 一 4 0 ō U 挑n,一ù 人百卜|!| 760 甲。一x 、ē乙 0 . 2 5 m , 、 、 叭一 . ~ ~ 一 一 峪~ . 一 ~ . ~ ~ 一 ~ . 一 丫溉德 . 、 \ 、 ~ - 一 _ _ e . 试验值 ~ ~ 一一 一一一 - - 一 一 ~ 一 一 一 . ~ n ù 了0 ”n 11 à 甲。工x 、ē邑 一 。 一 舀 4 0 凡、à 30 匕 - 一一一 一- ~ 」 0 6 0 120 180 2 4 0 t/ s 图 3 吹 撅 t 对 氮含 . 的 影响 F ig . 3 E价 e t o f a gr o n b l ow in g if ow o n o it m g e n e o n et n t 0 6 0 1 20 1 8 0 24 0 t/ S 图 s lN I . 对钢 液 l阅 的 影响 F 啥 . S E价 e t o f IN] 。 o n lN]
·100· 北京科技大学学报 2001年第2期 可见，随着初始氨含量的提高，钢液终点氨含量 Nitrogen in Oxygen Steelmaking Processes.I&SM, 同步升高，所以要达到很低的终点氮含量，钢液 1988,151):38 初始氮含量必须低 2周师儒，邱慧玲钢包喷粉脱硫过程中钢液内氧化行 为的研究.钢铁研究，1995(6)：2 4结论 3 ITO Koin,AMANO Kazuo,SAKAO Hiroshi.Kinetic Study on Nitrogen Absorption and Desorption of Molten (1)建立了密封罩吹氩喷粉过程钢液脱氮 Iron.Transaction ISIJ,1988,28:44 模型.模型计算和试验结果表明，密封罩喷粉工 4 Lee HG,Rao Y K.Rate of Nitrogen Absorption in Molten 艺不仅能够有效地防止钢液吸氮，而且具有相 iron Part2,Mathematical Model.Ironmaking and Steel- 当好的脱氨效果，脱氮量可达15×1025×10-. making1985,12(5):228 5王忠伟，陈襄武.FeCO系熔体吸氨反应的动力学. (2)钢液面氨分压对喷粉过程钢液氨含量影 北京科技大学学报，1990,12(3)：224 响最大，当氨分压为0.01~0.02MPa时，喷粉过 6 Wu W P,Lange K W.Effect of Surface Active Element 程具有较高的脱氮量. on Nitrogen Reaction with Iron Melts.I SM,1995,22 (3)吹氩量对钢液氨含量的影响显著，当氨 (4):306 分压较低时(P<0.02MPa),增加吹氩量可以提 7 Loscher W,Fix W.Application of a Mathematics Model to Nitrogen Removal in Vacuum Tank Degassing.I&SM, 高钢液脱氨速度 1991(7):37 (4)钢液的[O]和[S]含量对钢液氨含量也有 8 Henri Gaye,Didier Huin,Norbert Bannenberg.et al.Mod- 影响，降低[O]和[S]含量有利于钢液的脱氮， eling of Vacuum Tank Degassing of Liquid Steel.in:11th (⑤)初始氨含量对最终氮含量影响很大，当 International Conference on Vacuum Metallurgy.Paris, 初始氨含量高时钢液最终氮含量高， France,1992.55 9周世祥.钢液脱氮机理及VD脱氮模型的研究[博士 参考文献 学位论文】.北京：北京科技大学，1999 1 Marique C,Beyne E,Palmaers A.Source and Control of 10肖兴国，谢蕴国.冶金反应工程学基础.北京：冶金工 业出版社1997.382 Model of Nitrogen Removal from Liquid Steel in the Process of Powder Injection with Sealed Cover Under Argon Blowing Conditions DI Lin,FU Jie,ZHU Rong,ZHANG Shuyan,Wei Bolin Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT A model ofnitrogen removal from liquid steel in process of powder injection with sealed under argon blowing conditions was estabilished by theoretical calculated and test.The calculated results were in ac- cordance with the data measured experiment.The results show that the main effect factors on nitrogen removal from liquid steel are nitrogen partial pressure on the facial of liquid steel and flow of argon blowing.The prob- lem of nitrogen pickup has been solved prefectly by the technology. KEY WORDS powder injection;nitrogen removal;sealed cover;model
一 1 0 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 1 年 第 2 期 可见 , 随着初始氮含量的提高 , 钢液终点氮含量 同步升高 , 所 以要达到很低的终 点氮含量 , 钢液 初始氮 含量必须低 . 4 结论 (l) 建立 了密 封罩吹氢喷粉过程钢液脱 氮 模 型 . 模型计算和试验结果表明 , 密封罩喷粉工 艺不仅 能够有效地防止钢液 吸氮 , 而且具有相 当好 的脱氮效果 , 脱氮量可达 15 、 10 勺5 、 1 0 一 气 (2 )钢液面氮分压对喷粉过程钢液氮含量影 响最大 , 当氮分压 为 .0 01 一 .0 02 M p a 时 , 喷粉过 程具有 较高 的脱氮量 . (3 ) 吹氢量对钢液氮含量 的影 响显著 , 当氮 分 压较低 时w(P =0< . 02 M P a) , 增加吹氢量可 以提 高 钢液 脱氮速度 . (4 ) 钢液的 〔o] 和〔s] 含量对钢液氮含量也有 影 响 , 降低 O[ ]和 s[ 〕含量有利 于钢液的脱氮 . (5 ) 初始氮含量对最终氮含量影 响很 大 , 当 初 始氮 含量高时钢液最终氮含量 高 . 参 考 文 献 1 M ar i qu e C , B e y n e E , P a l m ae sr A . S o cur e an d Co n tr o l o f N iotr g e n i n O x y g e n S et e ln 由gn P r o e e s s e s . I & S M , 19 88 , 15( l ) : 3 8 2 周 师儒 ,邱慧玲 . 钢包喷粉脱硫过 程 中钢液 内氧化行 为 的研究 . 钢铁研究 , 19 95 (6 :)2 3 IT O K o i n , A M A N O K az u o , SA KA O H ior s hi . 儿ne t i e StU d y on N i tr o g e n bA s o pr t i o n an d D es o 印ti on of M O l t e n I or n T r a n s ac t i o n I SIJ , 19 88 , 2 8 : 44 4 L e e H G , R a o Y K . Ra t e o f N 1t r o g e n A b s o iprt on i n M o let n i or n : P翻 rt Z , M a t h e m at i e a l M o de l . I r o nj nr ak ign an d Set e l - m 山 n g , 198 5 , 1 2( 5 ) : 2 2 8 5 王 忠伟 , 陈襄武 . F e 一 C刃 系熔 体吸氮反 应 的动力学 . 北 京科技大 学学 报 , 1 9 90 , 12 ( 3 ) : 2 2 4 6 Wu W P, L an g e K .W E依 ct o f s ur af c e A c ti v e E l e m e in o n N i tr o g e n 称ac it on w i ht I or n M e lst . I & SM , 19 9 5 , 22 ( 4) : 30 6 7 L o s c h e r W, F议 .W A p lic iat o n o f a M a th e m at i e s M o de l ot N i tr o g e n eR m o v a l in 、恤c u um 工功 k D e g as s i n g . &I SM , 19 9 1( 7 ) : 3 7 8 H e nr i G ay e , D id i e r H u in , N o r b e rt B an e n b e 笔 , e t al . M o d : e l ing o f Va e u u m l 、 n k eD g那s in g o f L iqu id St e e l . in : l l ht I net m at i o na l C o n 公牙 e n e e on 、乞c u 切m M e t a l】吨y . P ar i s , F r a n c e , 199 2 . 5 5 9 周 世祥 . 钢液脱氮机理及 V D 脱氮 模型 的研究 :[ 博士 学位论文 ] . 北京 : 北京科技大学 , 1 9 9 10 肖兴 国 , 谢蕴 国 . 冶金 反应工 程学基础 . 北京 :冶 金工 业 出版社 19 97 . 3 8 2 M o d e l o f N itr o g e n R e m o v a l fr o m L iqu id S t e e l i n ht e P or e e s s o f P o w d e r Inj e e ti o n w iht S e a le d C o v e r U n d e r A r g o n B l o w ign C o n d it i o n s DI L in, F U iJ e , Z 厅 U R口 ng, 乙阮 4N G hS 妙 a ,n 肠i oB iln M e t a ll u 琏粼 S hc o l , U S T B e ij ign , B e ij ing 10 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T A m o d e l o f n itr o g e n re m o v a l ofr m li.ql , id set e l in Pr o e e s s o f Po w d e r inj e e t i o n w iht s e a l e d u n d e r agr on b l ow in g e o n d it ion s w a s e s t a b llihs e d 勿 ht e or et i e al e al cu l at e d a n d t e st . hT e e a l clu at e d er s u lt s w er e i n ac - e o r d a n e e w iht ht e d at m e a sur e d e xP e r im e nt . hT e er s u lt s s h ow ht a t het m ian e fe e t fa c t o r s on n itr o g e n er m vo a l for m li iqu d s t e e l aer in otr g en Part i a l Pr e s s uer on het fa e i a l o f liq u id s et e l an d fl ow o f a 雌扣n b l o w i n g . hT e Por b - l e m o f in otr g en Pi c k u P h a s b e e n s o l v e d Pr e fe ct ly 妙 ht e et e ho o l o .gy K E Y WO R D S Po w d e r inj e e t i o n ; n itr o g e n er m o v a l: s e a l e d e vo e r : m o ds l