包燕平等：炼钢过程中合金减量化研究现状及展望 ·1023· 1 中得到冰块的熔化时间，然后根据相似原理得到 10 0 RH钢液的湍流导热系数，并将其用于合金加入钢 10 0P 液熔化过程的数值模拟，得到不同合金的熔化时间. 10 为研究不同密度的合金加入钢液后的运动轨迹，制 E 作了与水不同密度比的块状固体，如图11(b)所示 -Mn 103 分别将不同密度的块状固体加入RH水模型中观察 10-【 103 其运动轨迹，发现不同密度材料的运动轨迹不同. 10 ◆-Fe 如材料和水的密度比跟高钛钛铁和钢液的密度比接 107k 100011001200130014001500160017001800 近时，其运动轨迹主要为：材料在湍流作用下通过下 温度℃ 降管进入钢包水模型一定深度，然后上浮至下降管 图9不同金属的饱和蒸汽压 底部或者钢包水模型液面. Fig.9 Saturated vapor pressure of different metals 所以可以认为钛铁加入钢液后也会先通过下降 究不同类型的合金加入RH钢液后的运动轨迹，采 管进入钢液一定深度，之后如果钛铁还没完全熔化 用数值模拟和水模型试验的方法针对合金加入钢液 则会逐渐上浮，甚至上浮并停留至钢渣界面直至完 后的熔化过程和运动轨迹进行了探索，图11所示为 全熔化.根据水模型得到的材料上浮至液面的时间 水模型试验装置和部分结果示意图 和水模型相似比得到钛铁加入RH钢液后上浮至钢 钢壳 渣界面的时间，然后结合钛铁在RH钢液中熔化过 合金一固相 程的数值模拟得到对应的临界钛铁粒度.应控制钛 铁粒度小于临界粒度以避免钛铁上浮至钢渣界面发 生烧损.据此在某厂生产现场进行了对比试验，结 时间 果表明控制钛铁粒度小于临界粒度后，钛铁的收得 率提高了4.6%. 为了避免合金加入钢液后与钢渣或者钢液面空 气接触发生烧损，须保证合金的熔化过程在钢液内 部进行，应通过控制合金或者复合合金的密度、粒度 时间 等特征来控制合金的熔化和运动行为，提高合金的 图10合金在钢液中的熔化过程示意图 收得率. Fig.10 Schematic of melting process of ferroalloy in molten steel 3.4合金替代技术 合金替代是在不影响钢成分或者钢材性能的基 h (c) 础上，使用成本低的合金替代成本高的合金.合金 替代技术主要从两个角度进行研究，一是从合金类 型和炼钢工艺的角度并保证钢成分合格，二是从合 金元素对钢材性能影响的角度并保证钢材性能 合格. 从合金类型和炼钢工艺的角度用成本低的合金 替代成本高的合金并保证钢成分合格已经得到较为 广泛的关注和研究.赖云与邹锦忠对氧气 顶吹转炉采用硅锰和铝锰替代硅铁、锰铁和铝锭进 图11合金加入RH钢液的水模型试验.(a)RH水模型装置： 行脱氧合金化，发现铝的回收率提高了20%，硅的 (b)不同密度的块状材料和冰块：()合金运动轨迹示意图 回收率提高了5%，降低了冶炼成本.朱秋菊0在 Fig.11 Water model experiment of ferroalloy adding into RH molten 转炉炼钢过程中使用纯钙包芯线替代钙铁线和硅钙 steel:(a)device of water model experiment:(b)block materials with different densities and ice:(c)schematic of feroalloy movement 线进行钢液钙处理，钙平均收得率由20.0%提高到 track 了30.5%. 也有学者从合金元素对钢材性能影响的角度进 将不同粒度的墨水颜色的冰块加入RH水模型 行了使用成本低的合金替代成本高的合金并保证钢包燕平等: 炼钢过程中合金减量化研究现状及展望 图 9 不同金属的饱和蒸汽压 Fig． 9 Saturated vapor pressure of different metals 究不同类型的合金加入 ＲH 钢液后的运动轨迹，采 用数值模拟和水模型试验的方法针对合金加入钢液 后的熔化过程和运动轨迹进行了探索，图 11 所示为 水模型试验装置和部分结果示意图． 图 10 合金在钢液中的熔化过程示意图 Fig． 10 Schematic of melting process of ferroalloy in molten steel 图 11 合金加入 ＲH 钢液的水模型试验． ( a) ＲH 水模型装置; ( b) 不同密度的块状材料和冰块; ( c) 合金运动轨迹示意图 Fig． 11 Water model experiment of ferroalloy adding into ＲH molten steel: ( a) device of water model experiment; ( b) block materials with different densities and ice; ( c) schematic of ferroalloy movement track 将不同粒度的墨水颜色的冰块加入 ＲH 水模型 中得到冰块的熔化时间，然后根据相似原理得到 ＲH 钢液的湍流导热系数，并将其用于合金加入钢 液熔化过程的数值模拟，得到不同合金的熔化时间． 为研究不同密度的合金加入钢液后的运动轨迹，制 作了与水不同密度比的块状固体，如图 11( b) 所示． 分别将不同密度的块状固体加入 ＲH 水模型中观察 其运动轨迹，发现不同密度材料的运动轨迹不同． 如材料和水的密度比跟高钛钛铁和钢液的密度比接 近时，其运动轨迹主要为: 材料在湍流作用下通过下 降管进入钢包水模型一定深度，然后上浮至下降管 底部或者钢包水模型液面． 所以可以认为钛铁加入钢液后也会先通过下降 管进入钢液一定深度，之后如果钛铁还没完全熔化 则会逐渐上浮，甚至上浮并停留至钢渣界面直至完 全熔化． 根据水模型得到的材料上浮至液面的时间 和水模型相似比得到钛铁加入 ＲH 钢液后上浮至钢 渣界面的时间，然后结合钛铁在 ＲH 钢液中熔化过 程的数值模拟得到对应的临界钛铁粒度． 应控制钛 铁粒度小于临界粒度以避免钛铁上浮至钢渣界面发 生烧损． 据此在某厂生产现场进行了对比试验，结 果表明控制钛铁粒度小于临界粒度后，钛铁的收得 率提高了 4. 6% ． 为了避免合金加入钢液后与钢渣或者钢液面空 气接触发生烧损，须保证合金的熔化过程在钢液内 部进行，应通过控制合金或者复合合金的密度、粒度 等特征来控制合金的熔化和运动行为，提高合金的 收得率． 3. 4 合金替代技术 合金替代是在不影响钢成分或者钢材性能的基 础上，使用成本低的合金替代成本高的合金． 合金 替代技术主要从两个角度进行研究，一是从合金类 型和炼钢工艺的角度并保证钢成分合格，二是从合 金元素对钢材性能影响的角度并保证钢材性能 合格． 从合金类型和炼钢工艺的角度用成本低的合金 替代成本高的合金并保证钢成分合格已经得到较为 广泛的关注和研究［48--50］． 赖云与邹锦忠［48］对氧气 顶吹转炉采用硅锰和铝锰替代硅铁、锰铁和铝锭进 行脱氧合金化，发现铝的回收率提高了 20% ，硅的 回收率提高了 5% ，降低了冶炼成本． 朱秋菊［50］在 转炉炼钢过程中使用纯钙包芯线替代钙铁线和硅钙 线进行钢液钙处理，钙平均收得率由 20. 0% 提高到 了 30. 5% ． 也有学者从合金元素对钢材性能影响的角度进 行了使用成本低的合金替代成本高的合金并保证钢 · 3201 ·