·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