RH精炼过程喷粉脱硫的数学模型

摘要

RH真空精炼主要具有脱碳、脱气和去除非金属夹杂物的功能，RH精炼的多功能发展是炼钢技术进步的重要研究内容。为了解决钢水深脱硫的问题，研究者在RH真空精炼基础上发展了RH喷粉脱硫的工艺。RH深脱硫过程由于真空处理和钢液在熔池的循环流动使脱硫反应具备更好的动力学和热力学条件。RH喷粉脱硫处理具有操作简单，脱硫过程容易控制，脱硫效果优越等特点，在超低硫、超低碳、超低氮高品质洁净钢的低成本、大批量生产方面得到广泛应用。为了研究RH喷粉脱硫过程中钢液中硫含量的动态变化规律，本论文基于考虑脱硫热力学和动力学因素、热平衡、质量守恒及某厂RH喷粉脱硫过程的实际生产条件，建立了RH喷粉脱硫过程的温度模型和脱硫动力学模型。根据喷吹条件的变化，建立熔池温度和钢中硫含量随时间变化的关系模型，提出优化RH喷粉脱硫的操作条件，以指导生产实践。该模型主要考察了喷粉速率、粉剂粒径直径、提升气体流量、钢液初始硫含量及钢液初始温度对脱硫过程和脱硫率及钢液温降的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴粉剂颗粒的直径对脱硫过程影响显著，粉剂颗粒直径为(0.35～1) mm范围时，粉剂颗粒直径越小，脱硫率越高，其效果呈递增趋势。粉剂颗粒直径为(0.15～0.30) mm范围时，脱硫率虽有一定提高，但趋势明显变慢。由于粉剂颗粒穿透比的降低，被废气带走的粉剂颗粒相应增加，对RH废气的排放产生不利影响。粉剂颗粒直径对钢液温降的影响很小。⑵瞬时脱硫反应在总脱硫反应中起到绝对的作用，其相对贡献率稳定在98.5％以上。钢包顶渣中的初始硫含量增加，瞬时反应的贡献率略有提高。⑶钢液初始硫含量越高，脱硫过程越明显。钢液初始硫含量增加，脱硫率呈缓慢上升趋势。钢液初始硫含量对钢液温降的影响很小。⑷喷粉速度对脱硫过程影响较大，喷粉速率越大，脱硫率越高，其效果呈递减趋势。喷粉速度对钢液温降的影响较大。⑸提升气体流量越小，脱硫率越高，但是效果不显著。提升气体流量对钢液温降的影响极其微弱。⑹钢液初始温度对脱硫过程影响微弱，但钢液初始温度越高，脱硫率越高。钢液初始温度对钢液温降的影响较大。⑺控制RH喷粉脱硫过程的初始硫含量为(30～50)×10-6，钢液初始温度为1873K，提升气体流量为130Nm3/h，喷粉速率为(250～300)kg/min，粉剂颗粒的直径为(0.15～0.4)mm，喷粉脱硫处理10min，可使钢液中的硫含量降低在10×10-6以下，满足超低硫钢的冶炼要求。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 钢中硫的危害及高品质钢种对硫含量的要求

1．1．1 硫危害钢性能的机理

1．1．2 高品质钢种对硫含量的要求

1．2 铁水／钢水脱硫工艺的研究进展

1．2．1 KR脱硫工艺

1．2．2 转炉顶吹脱硫工艺

1．2．3 LF精炼脱硫工艺

1．2．4 RH精炼脱硫工艺

1．3 铁水／钢水脱硫动力学研究进展

1．3．1 铁水／钢水脱硫动力学实验研究

1．3．2 铁水／钢水喷粉脱硫动力学模型研究

1．4 铁水／钢水喷粉脱硫常用脱硫剂及脱硫效果

1．5 本课题的研究意义及内容

第2章 RH喷粉脱硫温度模型

2．1 温度模型的建立

2．1 提升气体的吸热消耗

2．2 喷入粉剂颗粒的吸热消耗

2．3 化学反应热效应

2．3．1 脱硫反应

2．3．2 成渣反应

2．4 钢包口散热

2．5 真空室炉衬蓄热

第3章 RH喷粉脱硫动力学模型

3．1 模型理论基础

3．2 模型的基本假设

3．3 瞬时反应速率方程

3．3．1 硫在钢液中传质系数的计算

3．3．2 硫在粉剂颗粒中传质系数的计算

3．3．3 硫在粉剂颗粒与钢液间平衡分配系数的计算

3．3．4 钢液与粉剂颗粒反应界面的计算

3．4 持续反应速率方程

3．4．1 硫在渣中传质系数的计算

3．4．2 硫在钢包顶渣与钢液问平衡分配系数的计算

3．4．3 钢液与顶渣反应界面的计算

3．5 钢液质量和顶渣质量的变化

3．5．1 钢液质量的变化

3．5．2 钢包顶渣质量的变化

第4章 模型计算及结果分析

4．1 模型参数的选取及计算流程

4．1．1 模型相关参数的选取

4．1．2 模型计算流程

4．2 模型结果验证

4．3 粉剂颗粒直径对脱硫速率和钢液温降的影响

4．4 钢包顶渣中初始硫含量对瞬时反应贡献率的影响

4．5 初始硫含量对脱硫速率和钢液温降的影响

4．6 喷粉速率对脱硫速率和钢液温降的影响

4．7 提升气体流量对脱硫速率和钢液温降的影响

4．8 钢液初始温度对脱硫速率和钢液温降的影响

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目