【摘 要】
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铁水预处理脱硫已经被公认为高炉—转炉—连铸流程中降低钢中硫含量的最经济的工艺。目前国内外常用的铁水预处理脱硫方法主要有KR机械搅拌法和镁喷吹法。张廷安教授课题组提出了具有我国自主知识产权的“原位机械搅拌法脱硫”,在其基础上,课题组又提出了“结合机械搅拌利用惰性气体携带镁蒸气底吹直接脱硫”的新方法。针对脱硫新方法的研究,本课题基于相似原理建立水模型装置并进行了实验。实验通过高速摄像机拍照,采用PIV
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铁水预处理脱硫已经被公认为高炉—转炉—连铸流程中降低钢中硫含量的最经济的工艺。目前国内外常用的铁水预处理脱硫方法主要有KR机械搅拌法和镁喷吹法。张廷安教授课题组提出了具有我国自主知识产权的“原位机械搅拌法脱硫”,在其基础上,课题组又提出了“结合机械搅拌利用惰性气体携带镁蒸气底吹直接脱硫”的新方法。针对脱硫新方法的研究,本课题基于相似原理建立水模型装置并进行了实验。实验通过高速摄像机拍照,采用PIV流体流场测试方法对不同操作条件下熔池内流体质点流动状态进行系统研究,利用pH测量法测量水模型中NaOH溶液的CO2吸收速率,从而计算溶液的容积传质系数,利用因次分析方法分析得到关联各种因素对气液反应容积传质系数的准数方程,采用刺激响应技术,通过电导率仪测量电导率的变化对熔池内均混时间的影响因素进行研究。实验过程中考察的主要因素有搅拌桨桨型、搅拌转速、喷吹流量、搅拌桨浸入深度、喷嘴结构以及搅拌桨偏心度。此外,通过中心底吹和偏心顶吹对比了两种不同脱硫方法的熔池流体流场行为和均混时间的差别。本文实验结论如下:（1）采用一孔竖直喷嘴、两孔水平喷嘴和四孔水平喷嘴时容器侧壁附近流体速度较大,考虑到高温时铁水对铁水包的冲刷,会减少容器寿命,故上述喷嘴不宜采用,和八孔水平喷嘴相比,采用透气砖喷嘴的流场死区面积更小,故透气砖喷嘴最优;（2）在中心底吹模式下,熔池内流体流场最优条件为:SSB-D搅拌桨,搅拌转速200 rpm,喷吹流量1.5 m3/h,搅拌桨浸入深度250 mm,搅拌桨偏心度0.4,这个条件下流体死区面积小,速度场分布较均匀;（3）采用因次分析的方法,在实验的基础上,对大量数据进行拟合计算得到了偏心搅拌模式下容积传质系数的准数方程关系式为:（?）该拟合方程与实验值基本吻合。（4）在中心底吹模式下,熔池内均混时间最优条件为:SSB-D搅拌桨,搅拌转速150 rpm,喷吹流量1.0 m3/h,搅拌桨浸入深度250 mm,搅拌桨偏心度0.4,8孔水平喷嘴,熔池均混时间最短为7.33 s;（5）在相同实验条件下,对比中心底吹和偏心顶吹对熔池流体流场和均混时间的影响,实验得出中心底吹无论是在流体流场还是熔池均混时间都要明显优于偏心顶吹;综上可见,“结合机械搅拌利用惰性气体携带镁蒸气底吹脱硫”有利于改善铁水流场,加快气液吸收过程,缩短熔池内均混时间,有利于延长气泡在熔池内停留时间,提高脱硫剂的脱硫效率,有利于缩短脱硫时间,降低脱硫温降,有利于减轻环境负荷,有利于可持续发展。
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