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
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