程礼梅等：钢铁冶金过程中的界面现象 ·1143· 12 100 一一·溶解在铁水中镁的比例 …·与氧反应的镁的比例 10 △ 80 ·与硫反应的镁的比何例 60 6 oO 硫的分配比L 40 4 ” △0.20 00.28 ☆0.20 20 △0.24 00.32 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1000 120014001600180020002200 当(mX-w. 表面张力mN·m) 图6脱硫速率与界面张力随时间的变化关系[] 图9镁脱硫过程，镁的利用率随表面张力的变化[列] Fig.6 Reletionship between desulphurization rate and interfacial ten- Fig.9 Variation in utilization with surface tension( sion(27] 中，并且随气泡一起上浮到空气中.颗粒在铁液表 渣 表而张力增加 面的初始速度的计算公式如式(3)所示[36] 4 (3) 0 0 000 0 式中：o为颗粒在铁液表面的速度，m·s;,-p为 。。l8 含疏钢液 0 颗粒在喷枪出口处的速度，m·s;ym为铁液表面张 0 0 力，Nm1;pn为Ca0密度，kgm-3;dn为粒度，m. 上式表明，颗粒在铁液表面的初始速度的减少 图7 Marangoni效应示意图[] 并不明显，如当颗粒直径为0.0012m时，铁液表面 Fig.7 Diagram of Marangoni effect[] 张力为1.4Nml时，后-n≥3y./d,P。,表面张力的 102 影响可以忽略不计，近似认为在铁液表面时颗粒的 吹入Mg颗粒的速度，Qkgr·min 速度等于喷吹颗粒的速度.而在脱硫剂颗粒穿透到 日0.02 00.03 铁液中时，其必须克服界面张力、压力、拽力和浮力. ②0.04 10- 对于喷吹的颗粒，可以考虑Engh3)的力平衡，如图 10所示. (4) 104 FIN =Fm+FvD 其中，惯性力为： Tdi dvo 10r000 FI=-Pp 6 dt (5) 1200 1400 1600 1800 表面张力mN·m) 界面张力为： 图8 脱硫速率与表面张力的变化[] Fm=πd,yfi(x) (6) Fig.8 Reletionship between desulphurization rate and surface ten- 压力和拽力的合力为： sion[33] nd2 Fn=4p哈f(x) (7) 之间的界面性质的影响.在气-液界面处喷吹的颗 粒的行为还需进一步研究.喷吹注入的Ca0颗粒是 万=-(-）+% (8) Yw 否穿透气-液界面是非常重要的，因为它可以决定 f3≈1 (9) 在界面处Ca0的反应位点和反应面积.当Ca0颗 式中：FN、Fm和FD分别为惯性力、界面张力及压力 粒具有较高的动能时，它能穿透气-液界面并进入 和拽力的合力，N;V。为初始速度，m·s;P.为铁液 铁液中.当颗粒的动能较低时，它不能克服表面张 密度，kgm3f和f分别为与润湿性和润湿面积相 力的阻力，将黏附在气泡的表面上并与气泡一起上 对应的参数及修正球面形状和横截面积变化的参 浮.当颗粒具有非常低的动能时，它将悬浮在气泡 数；k为摩擦系数(0.5)：yaY和y.分别为固-液界程礼梅等: 钢铁冶金过程中的界面现象 图 6 脱硫速率与界面张力随时间的变化关系[27] Fig. 6 Reletionship between desulphurization rate and interfacial ten鄄 sion [27] 图 7 Marangoni 效应示意图[32] Fig. 7 Diagram of Marangoni effect [32] 图 8 脱硫速率与表面张力的变化[33] Fig. 8 Reletionship between desulphurization rate and surface ten鄄 sion [33] 之间的界面性质的影响. 在气鄄鄄 液界面处喷吹的颗 粒的行为还需进一步研究. 喷吹注入的 CaO 颗粒是 否穿透气鄄鄄液界面是非常重要的,因为它可以决定 在界面处 CaO 的反应位点和反应面积. 当 CaO 颗 粒具有较高的动能时,它能穿透气鄄鄄 液界面并进入 铁液中. 当颗粒的动能较低时,它不能克服表面张 力的阻力,将黏附在气泡的表面上并与气泡一起上 浮. 当颗粒具有非常低的动能时,它将悬浮在气泡 图 9 镁脱硫过程,镁的利用率随表面张力的变化[37] Fig. 9 Variation in utilization with surface tension [37] 中,并且随气泡一起上浮到空气中. 颗粒在铁液表 面的初始速度的计算公式如式(3)所示[36] . vp0 = (v 2 p - tip - 3酌m dp 籽 ) p 1 2 (3) 式中:vp0为颗粒在铁液表面的速度,m·s - 1 ;vp - tip为 颗粒在喷枪出口处的速度,m·s - 1 ;酌m为铁液表面张 力,N·m - 1 ;籽p为 CaO 密度,kg·m - 3 ;dp为粒度,m. 上式表明,颗粒在铁液表面的初始速度的减少 并不明显,如当颗粒直径为 0郾 0012 m 时,铁液表面 张力为 1郾 4 N·m - 1时,v 2 p - tip垌3酌m / dp 籽p ,表面张力的 影响可以忽略不计,近似认为在铁液表面时颗粒的 速度等于喷吹颗粒的速度. 而在脱硫剂颗粒穿透到 铁液中时,其必须克服界面张力、压力、拽力和浮力. 对于喷吹的颗粒,可以考虑 Engh [38] 的力平衡,如图 10 所示. FIN = FIT + FP/ D (4) 其中,惯性力为: FIN = - 籽p 仔d 3 p 6 dV0 dt (5) 界面张力为: FIT = 仔dp酌sl f 1 (x) (6) 压力和拽力的合力为: FP/ D = 仔d 2 p 4 籽FeV 2 0 kf 2 (x) (7) f 1 = - (1 - x ) r + 酌sl - 酌sv 酌lv (8) f 2抑1 (9) 式中:FIN、FIT和 FP/ D分别为惯性力、界面张力及压力 和拽力的合力,N;V0为初始速度,m·s - 1 ;籽Fe为铁液 密度,kg·m - 3 ;f 1和 f 2分别为与润湿性和润湿面积相 对应的参数及修正球面形状和横截面积变化的参 数;k 为摩擦系数(0郾 5);酌sl、酌sv和 酌lv分别为固鄄鄄液界 ·1143·