VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼數(shù)學(xué)模型.pdf

1、本文研究了VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼的脫碳脫氮?jiǎng)恿W(xué)。與普碳鋼脫碳相比，不銹鋼脫碳困難的重要原因是優(yōu)先生成的氧化物Cr2O3在煉鋼溫度下為固態(tài)，Cr2O3需將氧再次釋放才能脫碳，脫碳速率受到熔體內(nèi)氧含量的制約。O向反應(yīng)界面?zhèn)髻|(zhì)的方式與C、N一樣，所以VOD脫碳脫氮反應(yīng)是典型的氣液相界面化學(xué)反應(yīng)，脫碳和脫氮過程可以用同一方程來描述。不銹鋼脫碳由碳或氧在邊界層內(nèi)傳質(zhì)控制，脫氮由液相邊界層傳質(zhì)和界面化學(xué)反應(yīng)混合控制。 首次將VOD脫碳

2、脫氮過程分為兩種類型和四個(gè)區(qū)域，兩種類型為鋼液裸露表面的脫碳脫氮和熔池內(nèi)部氣泡表面上的脫碳脫氮，四個(gè)區(qū)域?yàn)椋捍笛醴磻?yīng)區(qū)、風(fēng)眼反應(yīng)區(qū)、吹氬氣柱區(qū)、鋼渣界面區(qū)。這樣可分析不同反應(yīng)類型和反應(yīng)區(qū)域?qū)θ鄢孛撎济摰呢暙I(xiàn)。通過對冶煉過程中鋼液、顆粒和氣泡之間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律展開分析，得出了脫碳、脫氮宏觀動(dòng)力學(xué)計(jì)算所需的參數(shù)，比如氣液相對流動(dòng)速率、反應(yīng)面積等。采用積分算法對每個(gè)反應(yīng)區(qū)的脫碳和脫氮過程進(jìn)行計(jì)算，最終建立了VOD冶煉脫碳脫氮模型。 本研

3、究還建立溫度計(jì)算模型，對爐氣反應(yīng)、脫氧過程也進(jìn)行了計(jì)算，最終構(gòu)建了VOD冶煉超純鐵素體不銹鋼數(shù)學(xué)模型。模型可以模擬VOD冶煉過程中鋼液成分、溫度的變化，并可分析脫碳、脫氮機(jī)理。模型計(jì)算的脫碳速率和終點(diǎn)碳、氮含量及終點(diǎn)溫度與現(xiàn)場實(shí)測值吻合，試驗(yàn)室內(nèi)真空感應(yīng)爐上的熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果與模型計(jì)算也吻合，驗(yàn)證了模型的可靠性。 通過對VOD冶煉過程的模擬和分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，得出如下結(jié)論或建議： 1)吹氧脫碳階段，吹氧反應(yīng)區(qū)的脫碳和脫氮

4、占主導(dǎo)地位；自由脫碳階段，鋼渣反應(yīng)區(qū)內(nèi)的脫碳和脫氮占主導(dǎo)地位。 2)強(qiáng)化脫碳脫氮的措施有：吹氧末期進(jìn)一步降低真空壓力；溫度有保證條件下延長自由脫碳時(shí)間；鋼包底部多口噴吹氬氣；自由脫碳期強(qiáng)化吹氬；適當(dāng)降低氧槍高度；起始零渣量操作。 3)最佳停氧時(shí)碳含量應(yīng)控制在0.03％～0.04％，綜合考慮熔池過熱度和真空處理時(shí)間等因素，實(shí)現(xiàn)了對VOD冶煉過程終點(diǎn)碳、氮含量的綜合控制，并給出了不同初始條件下最佳操作方式。 4)鋼液

5、初始溫度高對脫碳脫氮相當(dāng)有利，可降低終點(diǎn)碳氮含量并縮短真空處理時(shí)間；鋼液初始碳含量過高，會延長真空處理時(shí)間，其值過低，由于脫碳量小導(dǎo)致脫氮量小，對于冶煉含11.6％Cr不銹鋼，初始碳含量應(yīng)在0.30％左右較為合適。 5)對于冶煉含11.6％Cr和18％Cr鐵素體不銹鋼，理想的操作制度可為：吹氧脫碳期真空壓力0.06atm，吹氧末期可降到0.02～0.03atm，自由脫碳期最低真空壓力0.001atm；吹氧脫碳期吹氬流量40Nm3

6、/h，自由脫碳期吹氬流量60Nm3/h；氧流量控制在1800Nm3/h，冶煉高鉻含量鋼時(shí)，氧流量可以到2000Nm3/h；初始渣量控制600kg以下。 6)石灰增碳相對嚴(yán)重，原因是石灰中的CaCO3分解釋放CO2，熔池脫氧后會發(fā)生CO2=[C]+2[O]反應(yīng)，而合金料和螢石增碳量很小，建議在脫氧前加入石灰和螢石并進(jìn)行超真空處理，可有效防止增碳；熔池過熱會導(dǎo)致耐材增碳嚴(yán)重，應(yīng)嚴(yán)格控制吹氧；超真空條件下應(yīng)防止真空系統(tǒng)漏氣導(dǎo)致增氮。