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RH 精炼功能提升关键技术

钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业和实现工业化的支柱产业。钢的高效化、洁净化、稳定化和智能化生产是钢铁企业生存和发展的方向。钢铁生产过程中，根据钢种的不同，所采用的精炼工艺和设备也不同。其中，RH 真空精炼工艺具有高效、高洁净的生产特点，广泛应用于 IF 钢和硅钢为代表的冷轧钢种、管线钢为代表的热轧钢种、以及轴承钢为代表的特殊钢种的生产。因此，提升RH 真空精炼的效率和能力能够一方面缩短各高品质钢种的精炼时间，更好地与高拉速连铸相匹配，提升生产效率，另一方面能够更好地脱碳和去除夹杂物，提升产品质量，这两方面都能够给钢铁企业带来很好的效益。根据几何相似和动力学相似建立了对应实际RH模型比例为1: 5的RH物理模型。利用 PIV 技术测量流场，示踪粒子选用空心 SiO 2 微球，获得了 RH 水模型钢包和真空室内中心纵截面上的速度矢量分布，并根据速度场分布计算出对应的湍动能及其耗散率的分布；在 RH 水模型钢包内布置监测点，在加入示踪粒子（饱和 NaCl溶液）的同时开始测量监测点处电导率的变化，获得电导率变化曲线后，将电导率变化在±5%之内的时间为混匀时间，密集布置监测点并多次重复测量，得到整个钢包中心纵截面上的混匀时间分布。根据上述方法分别研究吹气流量、真空室压力、吹气孔数对 RH 内部流场特性及混匀状态的影响。在原物理模型基础上改变浸渍管的形状，分别设计两浸渍管均为椭圆管 RH、两浸渍管中上升管为圆管下降管为椭圆管 RH 以及标准圆管对比 RH 水模型，研究浸渍管形状对流场特性及混匀状态的影响。两浸渍管均为椭圆管时，能够增大液体的循环流量，降低钢包整体的混匀时间；当只改变下降管形状，选用椭圆管作为下降管时，能够起到增大钢水涌入真空室的速度同时降低钢水对钢包底部的冲击的效果。通过工业实验，对某超低碳钢 RH 全精炼过程进行密集取样，分别取圆管和椭圆管 RH 冶炼的钢样分析，检测钢中碳含量。对比得到，使用两椭圆形浸渍管对提高 RH 循环流量具有显著作用，能够在较短的时间内将钢中碳含量降到很低的程度，起到缩短冶炼时间的效果，提高了生产效率。RH 内钢液的流动时一个复杂的三维湍流流动，湍流速度在空间上存在随机涨落，从而形成了显著的速度梯度，在钢液粘性力作用下通过内摩擦不断地将湍流动能转化为分子运动的动能。湍动能（m2 /s 2 ）和湍动能耗散率（m 2 /s 3 ）是用来表征湍流的两个重要参数。湍动能是衡量湍流发展或衰退的指标，定义式为：湍动能耗散率是指在分子粘性作用下由湍流动能转化为分子热运动动能的速率，通常以单位质量流体在单位时间内损耗的湍流动能来衡量。因此，湍动能耗散率可以定义为：如图 2 所示，钢包内部湍流动能及其耗散率（即搅拌功率，两者单位不同，数值相差 1000 倍）的分布，集中在下降管下方和靠近上升管的地方湍动能及其耗散率较大。图3分别显示了PIV测量得到的钢包内流体的时均速度和某一时刻的瞬时速度分布。对比可知，由于湍流流动的本质，瞬时速度表现处一定的随机性。基于上述研究方法开发了椭圆形浸渍管技术，并应用于首钢股份公司迁安钢铁公司 210t RH 精炼设备。与圆形浸渍管相比，达到了如下表所示指标。

北京科技大学 2021-04-13