·506· 北京科技大学学报 1996年No.6 2实验结果 120c 100 11渣 为确定熔渣对真空脱氮和吹氩对熔渣 80E 02 22”渣 下真空脱氮的影响，在相同实验条件下，分 60E .03 31渣，吹氩 别进行了无渣、1*渣和2#渣脱氮实验.钢中 。42渣，吹氩 40L 45无渣 氮随时间变化的实验结果见图2.钢中铝的 20上 分析结果表明，钢中铝含量不断地下降，从 0.02%降到0.01%.渣中氨含量随时间不断 0010203040506070 t/min 增加，但增加较慢，60min从0增到10~5.脱 除的氮大部分进入气相. 图2钢液中氮的质量分数随时间的变化 3讨论 31真空脱氨传质系数的确定 在真空条件下，钢液脱氨过程包括3个步骤：①钢液中的氨通过钢液边界层传质到液气 界面；②在液气界面发生化学反应N闪=1/2N,:③反应产物通过气相边界层传质到气相中. 第③步不会成为限制性环节，经计算和作图验证化学反应也不为限制性环节，如氮在钢 液中的传质为限制性环节，其速度方程为： -会--=w-k (1) 对式(1)积分， Ws.KPOS In t In- (2) N 式中，w、一钢液中氮的质量分数；A一液、气相的接触面积；V一钢液体积；km一钢液中氨的 传质系数；W,~在钢、气界面上钢液侧氮的质量分数：K一反应12N2=N的平衡常数； P、~气相中氨分压”%一钢液中原始氮的质量分数，将有关数据代人式(2)中，有： x-0.01 -0.01=0.072k1 In- (3) 令式(3)左边等于Z,得Z与t的关系，见图3.从图3看出，钢液真空脱氮符合一级反应规律. 一元线性回归求得km=0.0057cm/s,R=0.98.此传质系数处于文献[5]的下限(0.005~ 0.068),其原因是该钢液中铝的质量分数过低，硫的质量分数偏高. 32熔渣下真空脱氨的传质系数 在有渣条件下，钢液真空脱氮过程包括以下步骤：①氨在钢液中传质；②氮在钢、渣界面 发生化学反应；③氮化物在渣液中的传质；④氮化物在渣、气界面发生化学反应；⑤氮分子在 气相中的传质. 由图2可知，真空下加人熔渣后，脱氮速率降低，脱氮限制性环节和熔渣有关，钢液传质. 5 0 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 96年 N o . 6 2 实验 结果 ù峪ù从 心 为确 定 熔 渣 对真 空脱 氮 和 吹 氢 对 熔渣 下真 空脱 氮 的 影 响 , 在相 同 实 验 条 件 下 , 分 别 进 行 了 无渣 、 l # 渣 和 #2 渣 脱氮 实验 . 钢 中 氮 随 时 间变 化 的实 验 结 果 见 图 2 . 钢 中 铝 的 分 析 结 果 表 明 , 钢 中 铝 含 量 不 断 地 下 降 , 从 .0 02 % 降 到 .0 01 % . 渣 中氮 含 量 随 时 间不 断 增加 , 但增 加较慢 , 60 m in 从 0 增 到 10 一 5 . 脱 除的氮 大部 分 进人 气相 . 谈泛 ` ~ , l ” ` 弓 2 勺、 吠 、 一、 丫 4 5 1 1 #渣 2 2 #渣 3 1 #渣 , 吹氢 4 #2 渣 , 吹氢 5 无渣 ǎUn00 `, nU ORU4 `, `立. 人.月 O一、沁z 0 6六乞 习 厄凉隽乞4 0 5 0 6 0 7 0 t / m in 图2 钢液中氮的质 t 分数随时间的变化 3 讨论 真空脱氮传质系数的确定 在真 空 条件下 , 钢 液脱 氮 过程 包 括 3 个步 骤 : ① 钢 液 中的 氮通 过钢 液边 界 层传 质 到液 气 界 面 ; ② 在液 气界 面 发生化 学反 应 N[ 〕 一 l 2/ N Z ; ③ 反应 产物 通过 气相 边界 层传 质到气相 中 . 第 ③ 步不 会成 为限制 性 环节 . 经计算 和作 图验 证 化学反 应也不 为 限制性 环节 . 如 氮在 钢 液 中 的传质 为 限制性 环 节 , 其 速度 方程 为 : d w N 一 d t 一 各km ( WN 。 一 N ] ) 一 各km (W N E 一 嘿 ( l ) 对式 l( )积分 , km (2 ) 一AV 一 一一 n 式 中 , w N E 一 钢 液 中氮 的质量 分数 ; A 一 液 、 气相 的接触 面积 ; V 一 钢液 体积 ; km 一 钢液 中氮 的 传质 系 数 ; w N 。 一 在 钢 、 气界 面上 钢液 侧氮 的质 量 分数 ; K 一 反应 12/ N Z 一 N[ l 的平 衡 常数 ; 氏 : 一 气 相 中氮分压 ; w N S 一 钢 液 中原 始 氮 的质 量分 数 · 将有 关数据代 人式 ( 2 ) 中 , 有 : w N s 一 w N 。 一 丽 = o · 0 7 2 km t ( 3 ) 令 式 (3) 左边 等 于 Z , 得 Z 与 t 的 关系 , 见 图 3 . 从 图 3 看 出 , 钢 液真 空脱 氮 符合 一级 反 应规律 . 一元 线性 回 归 求 得 km = .0 0 05 7 c m / s , R = 0 . 98 . 此 传 质 系 数 处 于 文 献 [5] 的下 限 (0 . 0 05 一 0 . 06 8) , 其 原 因是 该 钢液 中铝 的质 量分数过 低 , 硫 的质量分 数 偏高 . .3 2 熔渣下 真 空脱氮 的传质系数 在 有渣 条 件下 , 钢 液 真空 脱 氮过 程 包括 以 下 步 骤 : ① 氮在 钢 液 中传质 ; ② 氮 在钢 、 渣 界 面 发生 化学 反 应 ; ③ 氮 化物 在渣 液 中 的传 质 ; ④ 氮化 物 在渣 、 气界 面发 生化 学 反 应 ; ⑤ 氮分 子在 气相 中的传质 . 由图 2 可 知 , 真 空 下 加人 熔 渣后 , 脱 氮 速率 降 低 , 脱氮 限制性 环 节 和熔 渣 有 关 , 钢 液 传质