增刊1 章平等：低碳TWIP钢AOD氧化精炼过程数学模型 ·51· 0.6 速率控制转变为由钢中碳传质控制时的碳含量称为 0.5f 临界碳含量，临界碳含量是AOD冶炼重要参数.图 ---S1 ---[Mnl 5是两实验炉次精炼过程中脱碳速率随精炼时间变 04 化的分析结果. 0.3 由图5可知，第一炉的脱碳临界点为(848s, 0.2 1.21×10-5s1),第二炉的为(202s,5.25× 0.1p 10-5s),相应的临界碳含量分别为0.336%、 0.331%.进一步研究表明，中原特钢8tA0D炉 500 10001500200025003000 TWIP钢精炼过程临界碳含量介于0.33%和0.38% s 之间. 图3模型与实际的碳含量比较（第二炉） 0.0014 Fig.3 Comparison of carbon content between the calculated and ex- perimental data (the second heat) 0.0012 -Critical point 0.0010 一第一炉 较为准确.模型误差主要出现在氧化后期（由碳的 -=-第炉 三0.0008 传质控速)，故只需调整氧化后期模型参数.通过微 调氧化后期气泡总表面积A及碳的传质系数kc对 0.0004 、国l 模型进行修正。模型原设定： 0002 A=3.40H od 0 50010001500200025003000 s kc 图5模型估计的脱碳速率随时间的变化 合27限0x0-m加 Fig.5 Change in decarbonization rate with time calculated by the model 调整为： 5结论 A=3.5QH (1)AOD治炼低碳TWP钢脱碳过程前期为供 kc= 氧控速，后期为钢中碳传质控速，脱碳临界含量介于 左√L2+20%Cx10-ep-EcRH-“g“. 0.33%和0.38%之间. (2)提出的侧吹条件下TWIP钢AOD精炼过 调整参数后，模型计算结果如图4所示.由图 程的数学模型，可较精确地估计钢液内C、Si和Mn 可以看出，模型的计算结果和实际值更加吻合，误差 含量、熔池温度随精炼时间的变化 范围控制在5%以内，符合模拟的要求. (3)在脱碳过程中，存在各元素间的竞争氧化， 1.2 反应速率可用来表征其特征，并用于确定AOD脱碳 1.0 :第一炉计算值 初期氧气与钢中各元素反应的分配比. 第一炉实测值 这0.8 。一第一炉计算值 第二炉实测值 参考文献 Grassel Frommeyer G,Derder C,et al.Phase transformations s04 and mechanical properties of Fe-Mn-Si-Al TRIP steels.Phys I, 1997,7(5):383 0.2 2]Li D Z,Wei Y W,Liu C Y,et al.Fundamental research of TWIP 0 steel for automobile.J fron Steel Res,2009,21 (2)1 0 5001000150020002500300 (李大赵，卫英慧，刘春月，等.汽车用TWP钢的基础研究现 状.钢铁研究学报，2009,21(2)：1) 图4修正后模型与实际的碳含量比较 B3]Jiang HT,Tang D,MiZ L.Latest Progress in Development and Fig.4 Comparison of carbon content between the calculated and ex- application of advanced high strength steels for automobiles.J fron perimental data after adjustment of the model Steel Res,2007,19(8):1 (江海涛，唐获，米振莉.汽车用先进高强度钢的开发及应用 (3)临界碳含量的确定.AOD脱碳过程由供氧 进展.钢铁研究学报，2007,19(8)：1)增刊 1 章 平等: 低碳 TWIP 钢 AOD 氧化精炼过程数学模型 图 3 模型与实际的碳含量比较( 第二炉) Fig． 3 Comparison of carbon content between the calculated and ex￾perimental data ( the second heat) 较为准确． 模型误差主要出现在氧化后期( 由碳的 传质控速) ，故只需调整氧化后期模型参数． 通过微 调氧化后期气泡总表面积 Area及碳的传质系数 kC 对 模型进行修正． 模型原设定: Area = 3. 4QH ρm 槡σd ， kC = 2 槡π ( 1. 2 + 1. 7［% C］) × 10 － 3 exp( － EDC 槡 /ＲT) H － 1 /2 r 1 /4 g1 /4 ． 调整为: Area = 3. 5QH ρm 槡σd ; kC = 2 槡π ( 1. 2 + 2. 0［% C］) × 10 － 3 exp( － EDC 槡 /ＲT) H － 1 /2 r 1 /4 g1 /4 ． 调整参数后，模型计算结果如图 4 所示． 由图 可以看出，模型的计算结果和实际值更加吻合，误差 范围控制在 5% 以内，符合模拟的要求． 图 4 修正后模型与实际的碳含量比较 Fig． 4 Comparison of carbon content between the calculated and ex￾perimental data after adjustment of the model ( 3) 临界碳含量的确定． AOD 脱碳过程由供氧 速率控制转变为由钢中碳传质控制时的碳含量称为 临界碳含量，临界碳含量是 AOD 冶炼重要参数． 图 5 是两实验炉次精炼过程中脱碳速率随精炼时间变 化的分析结果． 由图 5 可知，第一炉的脱碳临界点为( 848 s， 1. 21 × 10 － 5 s － 1 ) ，第 二 炉 的 为 ( 202 s，5. 25 × 10 － 5 s － 1 ) ，相 应 的 临 界 碳 含 量 分 别 为 0. 336% 、 0. 331% ． 进一步研究表明，中原特钢 8 t AOD 炉 TWIP 钢精炼过程临界碳含量介于 0. 33% 和 0. 38% 之间． 图 5 模型估计的脱碳速率随时间的变化 Fig． 5 Change in decarbonization rate with time calculated by the model 5 结论 ( 1) AOD 冶炼低碳 TWIP 钢脱碳过程前期为供 氧控速，后期为钢中碳传质控速，脱碳临界含量介于 0. 33% 和 0. 38% 之间． ( 2) 提出的侧吹条件下 TWIP 钢 AOD 精炼过 程的数学模型，可较精确地估计钢液内 C、Si 和 Mn 含量、熔池温度随精炼时间的变化． ( 3) 在脱碳过程中，存在各元素间的竞争氧化， 反应速率可用来表征其特征，并用于确定 AOD 脱碳 初期氧气与钢中各元素反应的分配比． 参 考 文 献 ［1］ Grassel O，Frommeyer G，Derder C，et al． Phase transformations and mechanical properties of Fe-Mn-Si-Al TＲIP steels． J Phys Ⅳ， 1997，7( 5) : 383 ［2］ Li D Z，Wei Y W，Liu C Y，et al． Fundamental research of TWIP steel for automobile． J Iron Steel Ｒes，2009，21( 2) : 1 ( 李大赵，卫英慧，刘春月，等． 汽车用 TWIP 钢的基础研究现 状． 钢铁研究学报，2009，21( 2) : 1) ［3］ Jiang H T，Tang D，Mi Z L． Latest Progress in Development and application of advanced high strength steels for automobiles． J Iron Steel Ｒes，2007，19( 8) : 1 ( 江海涛，唐荻，米振莉． 汽车用先进高强度钢的开发及应用 进展． 钢铁研究学报，2007，19( 8) : 1) ·51·