Vol.18 No.6 唱鹤鸣等：熔渣下钢液真空脱氮动力学 ·507· 不成为限制性环节.普遍认为高温下渣钢反应较快，根据钢液中氮含量的变化，由物料平衡计 算，钢中脱除的氮进人气相与留在渣相比约是19：1.渣气反应和气相传质也是相当快的，不成 为限制性环节.为此，可以认为只有氮化物在渣中传质能成为限制性环节. 如果氮化物在渣中传质为限制性环节，其脱氮速率方程为： J=kg(c;-c) (4) 1.60 WN Ps WN,Ps J=4dA'c100 M.Cs=100 M. 1.20 dw_Ap5(w一m :-di=VPM (5) N0.80 WN. 0.40 mig (6) 其中，J。一单位时间单位面积从钢液进人渣中氨的 0.00810203040506070 t/min 摩尔数；k。-氮在渣中的传质系数；c,CscS一钢 图3真空脱氮时间与Z的关系 液、渣液、钢渣界面氮的摩尔浓度Pm,Ps一钢液、渣 液的密度；w,W、一渣中及渣钢界面氨的质量分数；L一氨在钢、渣间的分配系数：m 一钢液的质量；g-重力常数；M,-氮的相对分子质量. 由文献[3,4]数据算出1*和2渣的L、为1.9和1.6.渣中最大氮含量为10-5，式(6)中最后 项可忽略.对式(6)积分并代人有关数据pm=7.2gcm3,Ps=2.6gcm3,m:=20kg)得： In (WN.wN.)=0.026Lkst (7) 对1和2"渣，n(wx,/")与t的关系如图4.从图4看出，k为常数，即氮化物在渣中传质 为熔渣脱氮过程的限制性环节.把L、数据代入，一元线性回归求得1*渣的k、=12μm; (R=0.947)2#渣的k、=18μms,(R=0.960). 3.3吹氩搅拌对熔渣下真空脱氨的影响 从图2看出，底吹氩加快了熔渣下真空脱氮速度.底吹的氩气把熔渣吹开，使部分钢液直 接暴露在真空下，加速了氮在钢液和渣液中的传质.显然脱氮的限制性环节为氮在钢液和渣 液传质混合控制，其速度方程为： 1.60 dw -=“） (8) 9120f -2-） (9) 至030 渣中w≈0， 0.40 (10) 之 63 0.000 2040 6080 由dw=(wL/w,)dww代人式(I0)得： t/min dws_m业k 图4钢液中氨的质量分数与时间的关系 di msvs (11) 1一1渣；2一1"渣，吹氩；3一2"渣；4一2渣，吹氩v ol . 18 N 0 . 6 唱 鹤鸣等 : 熔渣下钢液真空脱氮动力学 · 5 07 · 不成 为限 制性 环节 . 普 遍 认为 高温 下渣 钢反 应较 快 . 根据 钢液 中氮 含量 的 变化 , 由物 料 平衡计 算 , 钢 中脱除 的氮进 人 气相 与 留在渣 相 比约 是 19 : 1 . 渣气 反 应和 气相 传质 也是 相 当快 的 , 不成 为 限制性 环节 . 为 此 , 可 以 认为 只有 氮化 物在 渣 中传质 能成 为 限制性 环 节 . 如果 氮化 物在 渣 中传 质为 限 制性环 节 , 其脱氮速 率方程 为 : 几 一 ks ( c ; 一 c s ) ( 4 ) 1 . 6 0 ’ : nJ = V d e 万石面 , c w N : P s l u u 材N Z 。 w N , P s 10 0 M扣 1 . 2 0 d w N 。 一 d t _ 擎 。w , 一 wt , 、 ( 5 ) N o · 8 0 尸习,J L L 0 山`l曰口n 4 ` 0 : d w 0n N E AP s尽 N 一花万一 二 。 。 , r 卜 L6 / W 、 , 、 百 州 。 、 . 协J 、 , 一 ` 二尸- . 、 八卜 L l 、 一 N , (6 ) 其 中 , nJ 一 单 位 时 间 单位 面积 从钢 液 进 人 渣 中氮 的 摩 尔 数 ; 气一 氮 在 渣 中 的 传 质 系 数 ; 。 , c , , 呢一 钢 液 、 渣 液 、 钢 渣 界 面氮 的摩 尔 浓度 ; p m , p , 一 钢液 、 渣 【0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 t / m i n 真空脱氮时间与 Z 的关系 液 的 密 度 ; w N一 w N 。 一 渣 中 及 渣 钢 界 面 氮 的质 量 分 数 ; L 、 一 氮 在 钢 、 渣 间 的 分 配 系 数 ; m L 一 钢 液 的质量 ; g 一 重力 常数 ;气 : 一 氮 的相 对分子质 量 · 由文 献 3[ , 4] 数据 算 出 1 “ 和 #2 渣 的 L N 为 1 . 9 和 1 . 6 · 渣 中最大 氮含 量为 10 一 ’ , 式 (6) 中最 后 一项 可忽 略 · 对式 (6 ) 积分 并代 人有 关数 据 切 。 二 7 . 2 g/ c m , , p 、 一 2 . 6 g/ c m , , m L = 20 k g) 得 : 加 ( w N : / w N , ) 一 0 . 0 2 6: N ks r (7 ) 对 #1 和 #2 渣 , in ( w N s / w N ; )与 , 的 关系如 图 4 . 从 图 4 看 出 , 气为常 数 , 即 氮化 物在 渣 中传质 为 熔渣 脱 氮 过 程 的 限 制 性 环 节 · 把 L 、 数 据 代 人 , 一 元 线 性 回 归 求 得 #l 渣 的 气 一 12 。耐 s ; (R = 0 . 9 4 7 ) ; 2 # 渣 的 ks = 1 8 卜而 s , ( R = 0 . 9 6 0 ) · .3 3 吹氨 搅 拌对 熔渣 下真 空脱氮 的影 响 从图 2 看 出 , 底 吹氢 加快 了 熔 渣 下真 空脱 氮速度 . 底 吹 的氢 气把熔 渣 吹开 , 使部 分 钢液 直 接暴 露 在 真空 下 , 加 速 了 氮 在 钢液 和渣 液 中的传质 . 显 然脱 氮 的 限制性 环 节 为氮 在 钢液 和 渣 液传质混 合控 制 , 其速 度 方程 为 : 1 . 6 0 n à 0 ù, 八U,1 乙n ( . 全2 /汝2 ) u l d w N E 一 d t d w N . 一 d t 一 黄 km ` w一 w 一 ’ 一 炭 “ S ` W· b 一 N . ) ( ( 9 8) ) 之 渣 中 w N . “ 0, O 了 / O 0 . 4 0 d w N . 一 d t 一 黄 气L一 “ 0 , 由 d w N一 ( w 。 / w s ) d w N E 一 d t 一 d w N E 代入 式 ( 1 0 )得 : m A L _ L 例 l - - - -丁丁 - 凡 。 ” 夕、 , , , 门 l/ 含 川 矛 , . S r S ( 1 1 ) o 乃0舒一谕尸戈6~ 一舔~ 龙。 t / m i l 图4 钢液 中氮的质量分数与时 间的关系 1一 i “渣 ; 2 一l #渣 , 吹氛 ; 3 一2 #渣 ; 4 一2 #渣 , 吹息