D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2006.03.010 第28卷第3期 北京科技大学学报 Vol.28 No.3 2006年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2006 RH-MFB精炼过程中钢水温度预测模型 韩传基刘青吴凯蔡开科 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要建立了RH-MFB精炼过程中钢水温度的数学模型，通过Delphi程序计算了精炼过程中 钢水的温度，结果表明，RH-MFB精炼开始阶段，钢水温度急剧下降，前10min降温速率约为 3℃·mim1,加Al吹氧、加合金和真空室内壁初始温度对钢水温度影响较大，采用该模型预测了 精炼结束时刻的钢水温度，与生产中钢水温度平均误差在±5℃以内的占80%， 关键词RH-MFB;精炼；钢水温度；数学模型 分类号TF769.4 RH真空精炼方法具有脱碳、脱氧、脱氢、脱 走部分钢水热量，综合作用的结果使真空室内的 氮及去除夹杂和成分微调等多种功能.随着RH 钢水温度变为T2· 装备和工艺的不断改进、完善，在众多的二次治金 (2)钢水混匀区.温度为T2的钢水经下降 方法中RH具有重要甚至是不可替代的作用，为 管流入钢包并在钢包内混匀，待钢水温度变为T1 生产超纯净钢、特别是超低碳钢，提供了必要的工 +△T后重新流入真空室.周而复始，引起钢水 艺装备和操作技术的有效手段，RH精炼过程中 温度不断变化. 钢水温降对转炉出钢温度和连铸中间包温度都有 (3)散热区.在钢水循环流动过程中，钢水 重要影响，而钢水温降是与RH处理过程中多种 与钢包、真空室和上升管壁的耐火材料间通过对 因素有关的，如精炼工艺、钢包包衬的蓄热、真空 流和传导方式散热 室蓄热等与工艺过程中钢液的温度变化有着极为1.2RH-MFB传热数学模型 密切的关系，所以为了评估多种因素对RH精炼1.2.1模型的假设条件 钢水温降影响，笔者认为建立RH钢包热模型可 为建立RH系统的传热数学模型，进行以下 以实现对处理过程钢液温度控制和预报，实现钢 假设1山：(1)钢水流动为稳定流动，真空室内钢水 水目标温度管理 深度只是真空度的函数；(2)钢包、真空室和上、下 1RH-MFB钢水温度预测的数学 浸渍管内衬中的温度分布沿轴向是均匀的，而沿 模型 径向（壁厚方向）是不均匀的；(3)钢包内钢水表面 通过炉渣向无限大空间辐射 1.1物理模型14] 1.2.2传热基本方程[5-10] RH-MFB精炼工艺原理如图1所示，钢水传 (1)真空室内传热，真空室炉壁耐火材料分 热物理过程如图2所示.从图中可以看出，RH- 布250mm工作层（镁铬砖），175mm永久层（高 MFB精炼过程中的热量传递通过以下三种途径 铝砖)，25mm钢板；真空室底部300mm工作层 完成. (镁铬砖)，200mm永久层（高铝砖），50mm钢板； (1)碳氧反应，钢水散热区.t时刻钢包内温 真空室废气出口温度750℃. 度为T1的钢水，以循环流量Q在氩气泡的作用 下通过上升管进入真空室，发生脱碳反应.同时 PVC,dTa=gm()Am+q()An+(1) 钢水以辐射和对流方式向真空室壁传热，通入的 9p()Ap+Qs+QA:+Qgas-Qc-Qalloy 氩气与反应产生的气体共同形成真空室废气，带 式中，Q,为真空室内钢水表面的辐射热量：QA 收稿日期：2005-0107修回日期：20050426 为吹入氩气泡带走的热量；Q为真空室内炉气 基金项目：国家经贸委资助项目(No.01BK-098-02-01) 带走的热量；Qc=△Hco△[C]W1为真空室内钢 作者简介：韩传基(1966一)，男，博士研究生 水脱碳产生的化学热，kJ;qm(x),Am为流入RH第 2 8 卷 第 3 期 2 0 0 6年 3 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o ur n a l o f U n iev sr i t y o f S e i e n ce a nd T e山 n o l o g y B e ij i gn V o l . 2 8 N 0 . 3 M a r . 2 0 0 6 R H 一 M F B 精炼过程 中钢水温 度预测模型 韩 伶基 刘 青 吴 凯 蔡 开科 北京科技大学冶金与生态工程学院 , 北京 1 0 0 0 83 摘 要 建立了 R H 一M BF 精炼过程中钢 水温度 的数学模型 , 通过 D el hP i 程序计 算 了精炼 过程 中 钢水的温度 . 结果表 明 , R H 一 M BF 精炼 开始 阶段 , 钢 水 温度 急剧 下 降 , 前 10 m in 降 温速 率约 为 3 ℃ · m in “ ` , 加 川 吹氧 、 加合金和真空室 内壁初 始温度对钢水 温度影 响较大 . 采用该 模型 预 测了 精炼结束时刻 的钢水温度 , 与生产 中钢水温度平均误差 在 士 5 ℃ 以 内的占 80 % , 关键词 R H - M BF ; 精炼 ; 钢水温度 ; 数学模型 分类号 T F 7 69 . 4 R H 真 空 精炼方法具有 脱 碳 、 脱氧 、 脱 氢 、 脱 氮及 去除夹 杂和成 分微调 等多种 功 能 . 随 着 R H 装备和工艺 的不 断改进 、 完 善 , 在众多 的二次 冶金 方法 中 R H 具有 重要 甚至 是不 可替代 的作 用 , 为 生产超 纯净钢 、 特别是超低 碳钢 , 提供 了必要 的工 艺装备和操作技 术的有效 手段 . R H 精炼 过 程 中 钢水温 降对转 炉 出钢温度和 连铸中间包 温度都有 重 要影 响 , 而钢水 温 降是 与 R H 处 理 过程 中 多 种 因素有 关的 , 如 精炼工 艺 、 钢包包 衬 的蓄热 、 真空 室蓄热等与工 艺过程 中钢液 的温度变化有 着极为 密切 的关 系 , 所 以 为了评估多 种因素对 R H 精炼 钢水 温降影 响 , 笔 者认 为 建立 R H 钢包 热 模 型 可 以实现对 处理 过 程钢液 温 度控 制 和 预报 , 实 现 钢 水 目标温度管理 . 1 R H 一 M F B 钢 水 温 度预 测 的 数学 模型 i · 1 物 理模型 [ ,一 〕 R H一 M FB 精炼工 艺原理 如 图 1 所 示 , 钢 水 传 热物理 过 程 如图 2 所 示 . 从 图中可 以看出 , R H 一 M F B 精 炼过 程 中 的热 量 传 递通 过 以 下 三 种途径 完成 . ( 1) 碳氧反 应 , 钢水散热 区 . t 时刻钢包 内温 度 为 T l 的钢水 , 以 循 环 流量 Q 在 氢气泡 的作 用 下通 过 上 升管进入 真空室 , 发 生 脱碳反 应 . 同时 钢水以辐射和 对流 方式 向真空室 壁 传热 , 通 入 的 氢气与反 应产 生 的气 体 共同形 成 真 空室 废 气 , 带 收稿 B 期 : 2 0 0 5 一0 1习 7 修回 日期 : 2 00 5 一 0 4 一 2 6 基金项 目: 国家经贸委资助项 目( N o . ol B K 一 09 8 一 02 一 01 ) 作者简介 : 韩传基 ( 1 9 66 一 ) , 男 , 博士研究 生 走部 分钢水 热 量 , 综合作 用 的结 果 使真 空 室 内的 钢水 温度变为 T : . (2 ) 钢水混 匀 区 . 温 度为 T : 的钢水 经 下 降 管流入钢包并在钢包 内混 匀 , 待钢水温 度变 为 T I + △T 后重 新 流入 真 空 室 . 周 而 复 始 , 引 起 钢水 温度 不断变化 . ( 3) 散 热 区 . 在 钢水 循环 流 动 过 程 中 , 钢 水 与钢包 、 真 空室 和 上 升管 壁 的耐 火材料 间通 过对 流 和传导 方式散热 . 1 · 2 R H 一M F B 传热 数学模型 1 . 2 . 1 模型的 假设条 件 为建立 R H 系 统 的传 热 数 学模型 , 进 行 以 下 假设 〔` ] : ( 1) 钢水 流 动 为稳 定 流动 , 真 空 室 内钢水 深度只是真 空度 的函 数 ; ( 2) 钢包 、 真空 室和上 、 下 浸渍管 内衬中 的温度分布沿轴 向是均 匀 的 , 而 沿 径向( 壁厚方向 )是不均匀 的 ; ( 3) 钢包 内钢水表 面 通 过炉 渣 向无 限大空间辐射 . 1 . 2 . 2 传热基 本方程 阶 10j ( 1) 真 空室 内传 热 . 真 空室 炉壁 耐火 材 料分 布 2 5 0 m m 工作 层 (镁铬 砖 ) , 17 5 m m 永 久 层 (高 铝 砖 ) , 25 m m 钢板 ; 真 空室 底部 3 0 m m 工 作 层 (镁铬砖 ) , 2 0 0 m m 永 久层 (高铝 砖) , 5 0 m m 钢板 ; 真 空室废 气出 口 温度 7 50 ℃ . p vc , 争 - 、 m ( : ) A m + 。 n ( : ) A n + ( 1 ) 口p ( : ) A p + Q s + Q 儿 + Q g a , 一 Q e 一 Q a ll二 式 中 , Q : 为 真 空 室 内钢 水表 面 的 辐射 热 量 ; Q rA 为 吹入 氢气泡 带 走 的热 量 ; Q ga s 为 真 空 室 内炉 气 带走的热量 ; Q C = △ H co △〔C] w l 为 真 空室 内钢 水脱碳 产生 的化 学 热 , kJ ; g m ( : ) , A m 为 流 入 R H DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 03. 010