CAS工艺合金熔化与溶解过程调查及实验

D0I:10.13374/j.issnl001053x.1995.03.002 第17卷第3期 北京科技大学学报 Vol.17 No.3 1995年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1995 CAS工艺合金熔化与溶解过程调查及实验 尹弘斌 金山同 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要炉外精炼CAS操作的一个主要的优越性就是合金收得率较常规吹氩法大大提高，但实 际调查表明，铝的回收率并未达到最佳，而且合金回收率的波动也比较严重，这些问题均给实 际操作带来困难，本文针对这些问题从理论和实验两方面进行了探讨，给出了优化操作的一 些基本考虑， 关键词炉外精炼，合金，熔化，溶解 中图分类号：T℉769.9 Investigation and Experimental Studies on the Alloy Melting and Dissolving Behaviours in Liquid Steel in CAS Process Yin Hongbin Jin Shantong Department of Metallurgy,USTB,Beijing 100083 ABSTRACT One of the advantages of CAS process is the more higher yield of alloy than the conventional argon bubbling process.But in practice,the yield of Al does not reach the maximum and the stability of alloy recovery are not satisfactory. These problems bring about the difficulties of CAS.operation.So theoritical and ex- perimental analysis are given to solve these problems. KEY WORDS external refining,alloys,melting,dissolution CAS工艺的突出的优点就是能提高合金的收得率，它通过使用隔离罩防止合金 与空气中的氧和氧化性炉渣相接触而造成的损耗，宝钢300tCAS处理站目前碳、硅、 锰合金元素的收得率已达到100%甚至更高，铝的收得率对于铝硅镇静钢和铝镇静钢 已分别达到69%和67%，这一效果较顶吹氩和底吹氩工艺均高出许多.但是从优化操 作的角度讲，实际生产当中还存在着许多问题，其中最突出的是合金回收率的波动比 较大，这就给CAS合金微调处理带来很大的问题. 1宝钢CAS工艺合金收得率实际调查分析 图1(a)是现场统计的A1-Si镇静钢铝的回收率分布情况，由图可见，铝回收率在 1993-10-13收稿 第一作者男30岁博士副教授

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 工 艺合金熔化 与 溶 解 过 程 调 查 及 实验 尹 弘斌 金 山 同 北 京 科 技 大 学 冶 金 系 ， 北 京 摘 要 炉 外 精炼 操 作 的 一 个 主 要 的优 越 性 就 是 合 金 收 得 率 较 常规 吹 氢 法 大大提高 ， 但实 际 调 查 表 明 ， 铝 的 回 收 率 并 未 达到最佳 ， 而且合金 回 收率 的 波 动也 比 较严重 ， 这些 问题均 给实 际 操 作 带 来 困 难 本 文 针 对这 些问题 从 理 论 和 实 验 两 方 面 进 行 了 探 讨 ， 给 出 了 优 化 操 作 的 一 些 基 本考 虑 关 键 词 炉 外 精 炼 ， 合金 ， 熔 化 ， 溶 解 中图 分 类号 八 ， ， ， ， ， ， 工 艺 的 突 出 的 优 点 就 是 能 提 高 合 金 的 收 得 率 ， 它 通 过 使 用 隔 离 罩 防 止 合 金 与 空 气 中 的 氧 和 氧 化 性 炉 渣 相 接 触 而 造 成 的 损 耗 宝 钢 处 理 站 目前 碳 、 硅 、 锰 合 金 元 素 的 收 得 率 已 达 到 甚 至 更 高 ， 铝 的 收 得 率 对 于 铝 硅 镇 静 钢 和 铝 镇 静 钢 已 分 别 达 到 和 ， 这 一 效 果 较 顶 吹 氢 和 底 吹 氨 工 艺 均 高 出 许 多 但 是 从 优 化 操 作 的 角 度 讲 ， 实 际 生 产 当 中还 存 在 着 许 多 问 题 ， 其 中 最 突 出 的 是 合 金 回 收 率 的 波 动 比 较 大 ， 这 就 给 合 金 微 调 处 理 带 来 很 大 的 问题 宝 钢 工 艺合 金收得率 实 际 调 查 分 析 图 是 现 场 统 计 的 一 镇 静 钢 铝 的 回 收 率 分 布 情 况 由 图 可 见 ， 铝 回 收 率 在 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 副 教 授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－53x．1995．03．002

Vol.17 No.3 尹弘斌等：CAS工艺合金培化与溶解过程调查及实验 .209. 60%以下的占到28%，在80%以上占到25%.如果允许的回收率波动为±10%的 话，将有一半以上的炉次需要对铝含量进行再调整.一旦出现转炉推迟出钢引起CAS 操作时间紧张的情况，将会出现A1组份出格的情况，实际调查也表明，因铝成分出格的 钢水占出格钢水的绝大比例.调查发现的另一个关健的问题是Si和M的过量回收， 由图1(c)和(d)可知Si,Mn回收率超过100%的炉次占总调查炉次的比例分别为 61.2%和34.4%，很明显，Si和Mn的过量回收是以A1的过量损耗为代价的.这就证 明了在目前的CAS站操作条件下仍然存在着激烈的渣钢反应. 60F(a) 60上(b) 51.7 N=32 46.9 N=29 0 40F 31.0 21.9 25.0 20 20 172 6.2 3.4 <40 6180 <80 101-120 >140 40-60 >80 辈 81-100121-140 (e) 合金回收率% (d) 40FN=41 36.6 N=22 293 27.3 23.8 14.6 20 13.6 13.6 12.2 13 60-80101120>140 <80101-120>140 81100 121-140 81~10012】~140 图1300tCAS处理站的合金元素收得率统计 (a)Al;(b)Mn;(c)C;(d)Si 考查CAS生产条件下铝的物料平衡，加人钢包中的铝有如下的几种分配：①溶解 在钢中的铝：②脱氧消耗的铝；③隔离罩内残留炉渣耗铝；④隔离罩外渣及其它方式 耗铝。根据现场取样和对下罩前钢水裸面大小的实际观察，并在假定罩内渣中的FO 全部被A1还原的条件下估算出的5炉实际铝的分配情况示于表1. 表1实测与估算得到的A1的分配情况 回收项/% 损耗项/% 炉次 溶解铝脱氧铝 罩内渣耗铝罩外渣耗铝 1 54.2 18.4 9.3 18.1 2 35.6 12.9 15.1 36.4 3 25.3 16.4 1.3 58.0 38.4 13.5 1.5 46.6 5 53.6 12.1 2.7 31.6 平均 41.42 14.7 5.86 38.02 总分配 回收率56.12% 损失率43.88%

尹 弘 斌 等 工 艺 合 金 熔 化 与 溶 解 过 程 调 查 及 实验 以 下 的 占到 ， 在 以 上 占到 如 果 允 许 的 回 收 率 波 动 为 士 的 话 ， 将 有 一 半 以 上 的 炉 次 需 要 对 铝 含 量 进 行 再 调 整 一 旦 出 现 转 炉 推 迟 出 钢 引 起 操 作 时 间 紧 张 的情 况 ， 将 会 出现 组份 出格 的情 况 实 际 调 查 也 表 明 ， 因 铝 成 分 出格 的 钢 水 占出格 钢 水 的绝 大 比 例 调 查 发 现 的 另 一 个 关 健 的 问 题 是 和 的 过 量 回 收 由 图 和 可 知 、 回 收 率 超 过 的 炉 次 占 总 调 查 炉 次 的 比 例 分 别 为 和 很 明显 ， 和 的过 量 回 收 是 以 的过 量 损 耗 为 代 价 的 这 就 证 明 了 在 目前 的 站 操 作 条 件 下 仍 然 存 在 着 激 烈 的 渣 钢 反 应 印 卜 加 卜 、 印 即 芝 哥 一 田 为 为 卜 印 一 的 为 的 叨 图 处 理 站 的 合 金 元 素收 得 率 统 计 伪 考 查 生 产 条 件 下 铝 的 物 料 平 衡 ， 加 人 钢 包 中 的 铝 有 如 下 的 几 种 分 配 ① 溶 解 在 钢 中 的铝 ② 脱 氧 消 耗 的 铝 ③ 隔 离 罩 内残 留 炉 渣 耗 铝 ④ 隔 离 罩 外 渣 及 其 它 方 式 耗 铝 。 根 据 现 场取 样 和 对下 罩 前 钢 水 裸 面 大 小 的 实 际 观 察 ， 并 在 假 定 罩 内 渣 中 的 全 部 被 还 原 的条 件 下 估 算 出 的 炉 实 际 铝 的分 配 情 况 示 于 表 表 实 测 与估 算得 到 的 的 分 配 情况 炉 次 回 收 项 损 耗 项 溶 解 铝 脱 氧 铝 罩 内渣 耗 铝 罩 外 渣 耗 铝 平 均 总 分 配 回 收 率 损 失 率 ，、︶尸、 夕

…210 北京科技大学学报 1995年No.3 由表1可见，罩内渣耗铝相对较少，铝的损耗绝大部分是以罩外渣氧化的方式流失 的，而且这部分流失是相当严重的.它进一步证实了铝与罩外炉渣存在激烈反应的事实， 2CAS条件下合金熔化及溶解过程分析 在CAS法操作中，合金往往是大批量地投入罩内这一狭小的区域.这种操作必然 给该区域带来极大的温降.在现场经常可以看到钢水裸露面因合金投入而暂时冻结的情 况，这必然使合金的熔化和溶解时间大大拖延.一般的讲，合金的熔化和溶解的过程需要 的热量来自气体搅拌向罩内不断提供热的钢水.经过一段时间后，合金冻结的团块会逐 渐分裂，最终消失.但每种合金由于其自身的物理和化学性质差别很大，熔化和溶解过程 的差别也较大. D Mazumdar和R I L Guthrie用不 同密度的木质球来模拟实际钢包的合金添加 过程。实测得到的木质球的运动轨迹示于图 2.实验得知，模拟A1和Fe-75%Si合金的 木球在水下的潜没时间仅有0.5s,潜人深 度为80~120mm.这说明尽管有隔离罩壁 9v=0.99 处强的下降流，但就液体捕捉添加剂而 言，CAS法与常规吹氩法没有差别，因此也 660- 6v=114 不延长添加时合金在钢水中的停留时间.实 际情况是Al和FeSi将在投入后立即返回到 罩内钢水的表面，并被流体推到罩壁处在那 Hs/H=0.148 里完成熔化，随后即以液态残留在钢水表 D/D=034 面.其溶解将借助于液态合金和钢水之间的 Q=6.8×10m/s 界面传质来完成，这样，大量合金加人罩内 将会产生一个很厚的合金层.显然，单纯通 R,=0.56 过界面的传质很难达到快速溶解的要求， 图2不同密度球在CAS法钢包内的运动轨迹 考查气体搅拌情况下表面的两相界面间 Ds-隔离罩直径D-熔池直径 的传质，SKim四给出了图3所示的说明. Hs~罩插入深度H,一熔池深度 图中，两相传质被划分为3个区域。在I区 Q一底吹气流量 内上层相为准刚性运动，没有卷混现象，传质系数极小.在Ⅱ区内气泡群边缘的上层相 的舌状体不断破碎形成大量碎片和小滴卷入下层相，由于比表面积急剧增加，传质速率相 应迅速提高，在Ⅲ区内，卷入相小滴的数量和尺寸分布基本稳定，小滴的潜入深度和主 相的再循环流量成为影响传质速率的主要因素.显然，为加速液态合金在钢液中的传质 可以借助卷混现象得以实现. SKi等四还就不同吹气位置情况下油水体系界面的传质现象进行了实测分析. 结果表明，中心吹气时的两相传质速率要比偏心吹气高得多，原因是中心吹气时油层的活

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 由表 可 见 ， 罩 内渣 耗 铝 相 对 较 少 ， 铝 的 损 耗 绝 大 部 分 是 以 罩 外 渣 氧 化 的 方 式 流 失 的 ， 而且 这部分 流失 是相 当严重 的 它进一步 证 实 了铝 与 罩外 炉渣存 在激 烈 反 应 的事 实 条件下 合金熔化及 溶解 过程 分析 在 法 操 作 中 ， 合 金 往 往 是 大 批 量 地 投 入 罩 内这 一 狭 小 的 区 域 这 种 操 作 必 然 给 该 区 域 带 来 极 大 的温 降 在 现 场 经 常 可 以 看 到 钢 水 裸 露 面 因 合 金 投 人 而 暂 时 冻 结 的 情 况 ， 这 必 然 使 合 金 的熔 化 和 溶 解 时 间大 大 拖 延 一 般 的讲 ， 合 金 的熔 化 和 溶 解 的 过 程 需 要 的热量 来 自气体 搅 拌 向罩 内不 断 提 供 热 的 钢 水 经 过 一 段 时 间 后 ， 合 金 冻 结 的 团 块 会 逐 渐 分 裂 ， 最 终 消 失 但 每 种 合 金 由于 其 自身 的 物 理 和 化 学 性 质 差 别 很 大 ， 熔 化 和 溶 解 过 程 的差 别 也 较 大 和 川 用 不 ， 产 同密 度 的 木 质 球 来 模 拟 实 际 钢 包 的 合 金 添 加 过 程 。 实测 得 到 的木 质 球 的 运 动 轨 迹 示 于 图 实验 得 知 ， 模 拟 和 一 合 金 的 木 球 在 水 下 的 潜 没 时 间 仅 有 ， 潜 人 深 度 为 一 这 说 明 尽 管 有 隔 离 罩 壁 处 强 的 下 降 流 ， 但 就 液 体 捕 捉 添 加 剂 而 言 ， 法 与 常 规 吹 氢 法 没 有 差 别 ， 因 此 也 不 延 长 添 加 时合 金 在 钢 水 中 的 停 留 时 间 实 际情 况 是 和 将在 投 入 后 立 即 返 回 到 罩 内钢水 的 表 面 ， 并 被 流 体 推 到 罩 壁 处 在 那 里 完 成 熔 化 ， 随 后 即 以 液 态 残 留 在 钢 水 表 面 其溶 解 将 借 助 于 液 态 合 金 和 钢 水 之 间 的 界 面 传 质 来 完 成 这 样 ， 大 量 合 金 加 人 罩 内 将 会 产 生 一 个 很 厚 的 合 金 层 显 然 ， 单 纯 通 过 界 面 的传 质 很 难 达 到 快 速 溶 解 的要 求 考 查 气 体 搅 拌 情 况 下 表 面 的 两 相 界 面 间 的 传 质 ， 给 出 了 图 所 示 的 说 明 图 中 ， 两 相 传质 被 划 分 为 个 区 域 。 在 工 区 涎孩 、 二 的 八 几 欣 一 ‘耐 ，，飞，月、、 仇七︺ 图 不 同 密 度 球 在 法 钢 包 内 的运 动 轨 迹 一 隔 离罩 直 径 一 熔池 直 径 、 一 罩 插 入 深 度 一 熔 池 深 度 一 底 吹 气流 最 内上 层 相 为 准 刚性 运 动 ， 没 有 卷 混 现 象 ， 传 质 系 数 极 小 在 区 内气 泡 群 边 缘 的 上 层 相 的舌 状 体 不 断 破 碎 形 成 大 量 碎 片 和 小 滴 卷 入 下 层 相 ， 由于 比表 面 积 急 剧 增 加 ， 传 质 速 率 相 应 迅 速 提 高 在 区 内 ， 卷 人 相 小 滴 的 数 量 和 尺 寸 分 布 基 本 稳 定 ， 小 滴 的 潜 人 深 度 和 主 相 的再 循 环 流 量 成 为 影 响传 质 速 率 的 主 要 因 素 显 然 ， 为 加 速 液 态 合 金 在 钢 液 中 的 传 质 可 以 借 助 卷 混 现 象 得 以 实 现 等 还 就 不 同 吹 气 位 置 情 况 下 油 水 体 系 界 面 的 传 质 现 象 进 行 了 实 测 分 析 结 果 表 明 ， 中心 吹气 时 的 两 相 传 质 速 率 要 比偏 心 吹气 高 得 多 原 因 是 中 心 吹 气 时 油 层 的 活

Vol.17 No.3 尹弘斌等：CAS工艺合金熔化与溶解过程调查及实验 211· 性面非常大，而偏吹时，油层则会形成较大的惰性面积（如图4示）. KAcQ∠ 操面 朵海油层 活性油层 3 K.AC 015 K.A 0 中心吹气 偏心吹气 n(g/1·min) 图3气流量与两相传质的关系 图4上层相的传质活性与吹位的关系 A一上层相表面积Kw一传质系数 总体来看，CAS过程罩内合金的熔化和溶解有其特殊性，极有研究之必要. 3实验现象观察与讨论 实验拟定以油水体系模拟液态合金一钢 水体系，将油小心注入罩内水面，然后吹气 搅拌观察表面的运动状况，油的密度为 0.83g/cm3.最初的实验观察到一个明显的 事实，即罩内的油在气体吹入后，会出现明 显的卷混现象，且部分油被卷人水中随后被 甩出自身的循环区上浮到罩外（如图5示）. 尤其在大气流量和浅插罩的情况下，甩出的 量非常多 (a) 在图5中，I区和Ⅱ区是流体流动带动 图5罩内油被卷出罩外的情况 及油滴自身上浮趋势而自发形成的油滴运动 (a)浅插罩(b)深插罩 的循环区.Ⅲ区则是油滴在流体携带作用 油滴轨迹一水流轨迹 下脱离I区和Ⅱ区的束缚迁移到罩外形成的上浮区，在罩插人较浅较时，罩端下降流不 足以抵抗上浮流的作用，形成了水平的液体流动，大部分油滴被带到罩外（如图5(） 示).当罩深增加时，I区特别是Ⅱ区内的油滴量增多，被甩人Ⅲ区的油滴相对减少. 从这一现象分析，实际生产中罩内存在的大量轻的液态合金极有可能以这种方式被卷到 罩外与高氧化渣直接接触而损失掉.当然，合金会在卷入和运动过程中发生溶解，但是如 果液态合金的碎片较大，在其上浮到罩外渣面之前若不能完全溶解，合金的损失就是必然 的.另外在A1被钢水卷入溶解的同时，A]滴周围的钢水含有高浓度的铝，使这部分钢水 变轻).当这部分轻钢水流出罩外后，由于罩外钢水相对平稳得多、它们也会因密度差 而上浮到罩外渣面引起A1的流失.因此，必须对这一问题给于足够的重视. 初步实验观察了罩偏置时的情况.如果罩的轴心未与底吹喷嘴的轴心重合，即会出

尹 弘 斌 等 工 艺 合 金 熔 化 与 溶 解 过 程 调 查 及 实验 性 面 非 常大 ， 而 偏 吹 时 ， 油 层 则 会 形 成 较 大 的惰 性 面 积 如 图 示 五 裸 面 呆 滞油层 一 丹，乙，且 · ︶月必侧 一 · 中 心 吹 气 偏 心 吹气 一 ’ 图 气流 与 两 相传质 的 关 系 图 上 层 相 的传质 活性与吹位 的关 系 一 上 层 相表面 积 一 传 质 系 数 总体来看 ， 过 程 罩 内合 金 的 熔 化 和 溶 解 有 其 特 殊 性 ， 极 有 研 究 之 必 要 实验现 象观察与讨论 实 验 拟 定 以 油 水 体 系 模 拟 液 态 合 金 一 钢 水 体 系 将 油 小 心 注 人 罩 内 水 面 ， 然 后 吹 气 搅 拌 观 察 表 面 的 运 动 状 况 ， 油 的 密 度 为 ’ 最 初 的 实 验 观 察 到 一 个 明 显 的 事 实 ， 即 罩 内 的 油 在 气 体 吹 人 后 ， 会 出 现 明 显 的卷 混 现 象 ， 且 部 分 油 被 卷 人 水 中 随 后 被 甩 出 自身 的 循 环 区 上 浮 到 罩 外 如 图 示 尤 其 在 大 气 流 量 和 浅 插 罩 的 情 况 下 ， 甩 出 的 量 非 常 多 在 图 中 ， 区 和 区 是 流 体 流 动 带 动 及 油 滴 自身上 浮 趋 势 而 自发 形 成 的 油 滴 运 动 的循 环 区 班 区 则 是 油 滴 在 流 体 携 带 作 用 ’ 井 图 下 脱 离 工 区 和 区 的束缚 迁 移 到 罩 外 形 成 的 上 浮 区 罩 内油 被 卷 出罩 外 的情况 浅插罩 深 插 罩 油 滴轨 迹 一 水流 轨迹 在 罩 插 人 较 浅 较 时 ， 罩 端 下 降 流 不 足 以 抵 抗 上 浮 流 的 作 用 ， 形 成 了 水 平 的 液 体 流 动 ， 大 部 分 油 滴 被 带 到 罩 外 如 图 示 当罩 深 增 加 时 ， 工 区 特 别 是 区 内 的 油 滴 量 增 多 ， 被 甩 人 区 的 油 滴 相 对 减 少 从 这 一 现 象 分 析 ， 实 际 生 产 中罩 内存 在 的大 量 轻 的 液 态 合 金 极 有 可 能 以 这 种 方 式 被 卷 到 罩 外 与高 氧 化 渣 直 接 接 触 而 损 失 掉 当然 ， 合 金 会 在 卷 人 和 运 动 过 程 中发 生 溶 解 ， 但 是 如 果 液 态合 金 的碎 片 较 大 ， 在 其 上 浮 到 罩 外 渣 面 之 前 若 不 能 完 全 溶 解 ， 合金 的损 失 就 是 必 然 的 另 外 在 被 钢 水 卷 人 溶 解 的 同 时 ， 月 滴 周 围 的钢 水 含 有 高 浓 度 的 铝 ， 使 这 部 分 钢 水 变 轻团 当这 部 分 轻 钢 水 流 出罩 外 后 ， 由于 罩 外 钢 水 相 对 平 稳 得 多 ， 它 们 也 会 因 密 度 差 而 上 浮 到 罩 外 渣 面 引 起 的 流 失 因 此 ， 必 须 对这 一 问题 给 于 足 够 的重 视 初 步 实 验 观 察 了 罩 偏 置 时 的情 况 如 果 罩 的 轴 心 未 与 底 吹 喷 嘴的 轴 心 重 合 ， 即 会 出

…212· 北京科技大学学报 1995年No.3 现图4所示的油层呆滞现象.从卷混的角度看，罩偏置时罩内的油向偏心侧相反的方向 聚积，使得大部分油处在距离涌出峰轴心较远的位置，显然，该距离越远，水的表面流速 越小，同时卷混又极大地依赖于油端水的来流速度.因此，罩偏置时的油的卷入量要 低于罩对中放置的情况.从这一现象分析，实际操作中应保证罩轴心与喷嘴中心对中，以 促进液态合金尽快溶解进人钢水， 实验还就粒子落入水中后的轨迹和运动情况进行了观察.使用了5m粒度、密度 分别为0.9和1.1g/cm3的塑料小球来模拟合金的下落过程.观察发现，密度0.9g/cm3 的小球沉没后立即浮至水面，而1.1g/cm3的小球则缓慢沉入池底. 对于实际生产中密度小于钢水的合金块，在添加过程中如果遇到这一情况就会造成 合金的流失·原因是合金加入遇到钢水后，其表面会出现凝固钢壳使颗粒的实际密度提 高.例如25mm粒度的Al球若表面冻结2.5mm的钢壳，其实际密度将由2.7g/cm3增加 到4.85g/cm3.这种密度的增加将使其更容易被下降流卷入·随着钢壳的重新熔化，合金 块的密度逐渐减轻，使其上浮速度加快，因此，合金有可能在钢壳熔化之前已浮到钢渣 界面，从这一点看，合金添加的位置宜选在靠近涌出峰中心的位置上·但实际上当大量 合金投人时，由于合金相互碰撞等原因，必然有部分合金会落人下降流区被下降流所携 带，为避免这种合金流失，应选择较深的插罩深度· 实验观察了1.1g/cm3的小球在落水瞬间的减速现象·对于单个粒子，由于气泡群流 的上浮力、液体的浮力以及界面张力的共同作用而突然减速，随后缓慢下沉·如果大量 粒子快速投向水面，首先落在水面的粒子的突然减速会影响到后续粒子在水中的下沉， 出现了大量粒子暂时在水表面堆积的现象，当冷的固体粒子投向钢水面时，这种暂时的 堆积必然引起表面钢水的冻结，从而影响合金的熔化和溶解，因此在实际生产中应尽可 能采用连续式的给料器供人合金，同时采用大的底吹气量以向罩内提供足够量的高温钢 水和冲击力·在这种情况下，同样需要深插隔离罩，防止合金的流失· 4结论 实际生产中铝合金的流失主要由罩外渣层的氧化所致，它是合金收得率波动较大的主 要根源.因此保证隔离罩与底吹喷嘴同心，投料正确，采用连续供料方式添加合金，提高两 相传质速率是防止铝合金流失的有效措施， 参考文献 1 Mazumdar D,et al.Alloying in Ladles with CAS.Proc Conf Process Tech,1986,6:1147~1158 2 Seom-Hyo Kim,et al,Hysical Modeling of Liquid/Liquid Mass Transfer in Gas Stirred Ladles. Metall Trans,.1987,18B(6)381~390 3草川隆次，脱酸剂)静止溶铁中~)溶解七移动现象，铁上钢，1978,64(14)2119~2128 4 Hsiao TC.Fluid Flow in Ladles-Experimental Results.Scand J of Metall,1980,93)105~110

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 现 图 所 示 的油 层 呆 滞 现 象 从卷 混 的 角 度 看 ， 罩 偏 置 时 罩 内 的 油 向偏 心 侧 相 反 的方 向 聚积 ， 使 得 大 部 分 油 处在 距 离 涌 出 峰 轴 心 较 远 的位 置 显 然 ， 该 距 离 越 远 ， 水 的 表 面 流 速 越 小 同 时卷 混 又 极 大 地 依 赖 于 油 端 水 的来 流 速 度 因 此 ， 罩 偏 置 时 的 油 的 卷 人 量 要 低 于 罩 对 中放 置 的情 况 从这 一 现 象 分 析 ， 实 际 操 作 中应 保证 罩 轴 心 与 喷嘴 中 心 对 中 ， 以 促 进 液 态合 金 尽 快 溶 解 进 人 钢 水 实 验 还 就 粒 子 落人 水 中后 的 轨 迹 和 运 动 情 况 进 行 了 观 察 使 用 了 粒 度 、 密 度 分 别 为 和 ， 的 塑 料 小 球 来 模 拟 合 金 的 下 落 过 程 观 察 发 现 ， 密 度 ， 的小 球沉 没 后 立 即 浮 至 水 面 ， 而 ， 的 小 球 则 缓 慢 沉 人 池 底 对 于 实 际 生 产 中密 度 小 于 钢 水 的 合 金 块 ， 在 添 加 过 程 中如 果 遇 到 这 一 情 况 就 会 造 成 合 金 的 流 失 原 因 是 合 金 加 人 遇 到 钢 水 后 ， 其 表 面 会 出现 凝 固 钢 壳 使 颗 粒 的 实 际 密 度 提 高 例 如 粒 度 的 球 若 表 面 冻 结 的 钢 壳 ， 其 实 际 密 度 将 由 ， 增 加 到 ， 这 种 密度 的增 加 将 使其 更 容 易 被 下 降 流 卷 人 随着 钢 壳 的重 新 熔 化 ， 合 金 块 的 密 度 逐 渐 减 轻 ， 使其上 浮 速 度 加 快 ， 因 此 ， 合 金 有 可 能 在 钢 壳熔 化 之 前 已 浮 到 钢 渣 界 面 从 这 一 点 看 ， 合 金 添 加 的位 置 宜 选 在 靠 近 涌 出 峰 中心 的位 置 上 但 实 际 上 当大 量 合金 投 人 时 ， 由于 合金 相 互 碰 撞 等 原 因 ， 必 然 有 部 分 合 金 会 落人 下 降流 区 被 下 降 流 所 携 带 为避 免 这 种 合 金 流 失 ， 应 选 择 较 深 的插 罩 深 度 实 验 观 察 了 ， 的小 球 在 落 水 瞬 间 的 减 速 现 象 对 于 单 个 粒 子 ， 由于 气 泡 群 流 的 上 浮 力 、 液 体 的 浮 力 以 及 界 面 张 力 的共 同作 用 而 突 然 减 速 ， 随后 缓 慢 下 沉 如 果 大 量 粒 子 快 速 投 向水 面 ， 首 先 落 在 水 面 的粒 子 的 突 然 减 速 会 影 响 到 后 续 粒 子 在 水 中 的 下 沉 ， 出 现 了 大量 粒 子 暂 时 在 水 表 面 堆 积 的 现 象 当冷 的 固 体 粒 子 投 向钢 水 面 时 ， 这 种 暂 时 的 堆 积 必 然 引起 表 面 钢 水 的冻 结 ， 从 而 影 响合 金 的熔 化 和 溶 解 因 此 在 实 际 生 产 中 应 尽 可 能 采 用 连 续 式 的 给 料 器 供 入 合 金 ， 同 时 采 用 大 的底 吹 气 量 以 向罩 内提 供 足 够 量 的 高 温 钢 水 和 冲 击 力 在 这 种 情 况 下 ， 同样 需 要 深 插 隔 离 罩 ， 防 止 合 金 的 流 失 结 论 实 际 生 产 中铝 合 金 的 流 失 主 要 由罩 外 渣 层 的 氧 化 所 致 ， 它 是 合 金 收 得 率波 动较 大 的主 要 根 源 因 此 保 证 隔 离 罩 与 底 吹 喷 嘴 同 心 ， 投 料 正 确 ， 采 用 连 续 供 料 方 式 添 加 合 金 ， 提 高 两 相 传 质 速 率 是 防 止 铝 合 金 流 失 的 有 效 措 施 参 考 文 献 们 ， ， ， 一 一 ， ， ， ， 一 草 川 隆 次 脱 酸 剂 。 静 止 溶 铁 中 。 溶 解 七 移 动 现 象 铁 七 钢 ， ， 一 一 ， ， 一