重钢转炉复吹工艺数理模拟研究

摘要

氧气转炉顶底复合吹炼技术是70年代中后期发展起来的炼钢技术。复合吹炼法利用底吹气流来克服顶吹氧流对熔池搅拌能力不足（特别是在碳含量较低时）的弱点，可使炉内反应接近平衡，铁损失减少；同时又保留了顶吹法容易控制造渣过程的优点，因而具有比顶吹和底吹更好的技术经济指标，成为上世纪80年代转炉炼钢的发展方向。 重钢在铁水预处理、LF炉外精炼配套技术完善以后，为保证优质、低耗的连铸钢水，进一步缩短冶炼周期和提高生产节奏，开发了长寿复吹转炉冶炼技术。复吹转炉技术的实现其关键是如何保证底吹喷嘴寿命与炉龄同步的问题，渣金蘑菇体喷嘴技术的开展，使复吹转炉长寿化成为可能。本课题针对重钢复吹转炉设备及钢种特点，通过实验室数理模拟研究和现场工业性研究相结合的方法，对形成喷嘴蘑菇头的底吹参数、底吹N2—Ar切换点、复吹转炉的操作工艺参数进行了分析研究，为重钢炼钢厂更好发挥复吹转炉冶金效果提供理论及实践依据。 通过底吹气体与钢液的热交换数学模型，建立了重钢复吹转炉底吹喷嘴蘑菇头尺寸与底吹N2、Ar流量间的关系，为重钢复吹转炉最低底吹气体流量的选择提供了理论基础。 建立了熔池钢液中[N]含量的计算模型，通过该模型计算出不同底吹供N2强度下，钢液中[N]含量随时间变化关系，为重钢复吹转炉N2、Ar切换点（时间）的选择提供了理论依据。 使用FLUENT软件对重钢转炉熔池钢液的流动轨迹进行了模拟研究，对不同工况下的复吹熔池搅拌情况进行了数值模拟，并与纯顶吹和纯底吹进行了对比。 通过实验室水力学模拟试验，对重钢的顶吹及复吹冶炼操作工艺参数（顶枪枪位、顶枪流量、底枪流量）进行了评价分析，由此提出了重钢复吹工艺参数进一步优化的方案。 工业性生产实践表明，重钢采用复吹转炉技术后，在终点控制相对一致的情况下，[C]×[O]较同期顶吹[C]×[O]低；终渣（FeO）含量降低；钢中残锰提高；脱S量提高。由于过程化渣不好，脱P率有所降低。 采用优化复吹模式，消除了原复吹模式在前3～4min出现的渣金喷溅。通过控制熔池中的搅拌特性，复吹新模式终点残锰较复吹旧模式高；由于加强了炉渣的熔化，脱磷、脱硫效率增加。