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