一种钢包精炼用非稳态底吹搅拌方法

技术领域

本发明涉及一种钢包精炼用非稳态底吹搅拌方法，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

在钢包炉外精炼技术中，通常采用氩气经管道通过钢包底部透气砖吹入钢包，在底吹过程中会产生向上运动的真空氩气，驱动钢水形成环流，不仅能够带走钢水中的氢、氧、氮等气体，防止钢水氧化，降低溶入钢水中的有害气体含量，还可以去除钢水中残留的非金属化合物，如氧化物、硫化物、氮化物等，增强钢水合金化、除杂、脱硫、脱氧等精炼效果，进而提高钢水洁净度。

目前常规的钢包底吹过程中其一般采用改变定常吹气的流量来提高钢水湍动能，然而吹气量的提高不仅会降低钢水的温度，还加剧了钢渣界面波动卷渣现象进而影响出钢质量。此外，吹气条件下气体流量与初始气泡尺寸呈V形关系，提高气体流量后不能较好的控制气泡大小，还会导致钢包内钢水局部湍动能过大。针对授权公告号为CN 207508258 U的中国专利申请《一种直通圆孔式钢包透气砖》，其采用的是常规定常底吹氩气，尽管可以通过设计狭缝孔的大小来控制吹气初始气泡尺寸的大小，进而有效的去除了钢水中的有害气体以及各种非金属夹杂物。然而，为进一步控制气泡尺寸，减少氩气使用量，改善钢包内钢水的湍动能分布。为了进一步提高钢水的洁净度以及减少钢水热能的散失。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种钢包精炼用非稳态底吹搅拌方法，本发明不仅可以使气泡直径、颗粒大小比定常吹气的气泡更小，还可以加速气泡与有害气体、钢水之间的传热传质，有利于钢水合金的混匀，其中还降低了气液两相之间的换热损失，强化了气液两相流的去杂质效果，弱化了卷渣行为和钢水再氧化反应，有效提高钢水的洁净度。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种钢包精炼用非稳态底吹搅拌方法，钢包底部内径r处至少分布有一个吹氩气孔，0.3R≤r≤0.5R，其中R为钢包底部直径，在多周期非稳态底吹制度中通过吹氩气孔从钢包底部通入氩气，其中多周期非稳态底吹制度中包括两个以上单周期非稳态吹气制度，所述单周期非稳态吹气制度的吹气流量和吹气频率持续变化，其中吹气流量根据公式1的变频式和变幅式非稳态变化，公式1如下：

1.22*10

式中：t为吹气时间，n为常数，周期为2/n；其中吹气的周期为0～1600s，吹气频率f幅度为0～1/900Hz；吹气流量幅度为0～3600NL/min。

在多周期非稳态底吹制度中，单周期非稳态吹气制度内吹气流量最小值处于0-100NL/min，单周期内气体流量最大值处于100-3600NL/min。

在多周期非稳态底吹制度中中，包括单周期非稳态吹气制度吹气流量从最小值逐渐递增至最大值后，又逐渐递减至最小值的流量的非稳态变化吹气方式。

更进一步的，在多周期非稳态底吹制度中中，包括单周期非稳态吹气制度吹气体流量从最大值逐渐递减至最小值后，又逐渐递增至最大值的流量的非稳态变化吹气方式。

所述单周期非稳态吹气制度在单周期内为递减型时，吹气流量在幅度内逐渐递减变化。

所述单周期非稳态吹气制度在单周期内为递增型时，吹气流量在幅度内逐渐递增变化。

所述多周期非稳态底吹制度中，吹气频率先增大后减小。

所述多周期非稳态底吹制度中，吹气频率先减小后增大。

所述多周期非稳态吹气制度在精炼过程中吹气频率由处于100-3600NL/min中的最大值逐渐变化为0。

所述多周期非稳态吹气制度在精炼过程中吹气频率由0逐渐增大为处于100-3600NL/min中的最大值。

根据上述技术方案可知，本发明提供的钢包精炼用非稳态底吹搅拌方法通过改变吹气制度来提高钢水湍动能，即采用吹气量随时间变化——非稳态正余弦吹气制度来调控产生拥有更高气液相界面积的小气泡，进而强化气液两相流的传质和去杂质效果，提高出钢质量。本发明相对于现有技术相比具有以下优点：

(1)因为本发明所采用的技术方案其周期性、不同流量的吹气方式可以调控进入钢包的气泡大小，进而产生气液两相界面积，即气泡比面积较小的小气泡，所以本发明能够加速气泡与有害气体、钢水之间的传热传质，有利于钢水合金的混匀，降低了气液两相之间的换热损失，强化了气液两相流的去杂质效果，弱化了卷渣行为和钢水再氧化反应，有效提高钢水的洁净度。

(2)因为本发明所采用的技术方案采用非稳态正余弦吹气的方式，耗气量比定常吹气的耗气量更小，所以本发明能够节省氩气使用量，节约成本。

(3)因为本发明所采用的技术方案采用非稳态正余弦变化，所以本发明能减小渣眼处暴露的面积和时间。

(4)因为本发明通过控制非稳态正余弦吹气的频率，使吹气流量的波峰与渣层波动的波谷时间一致，所以本发明消波至抑制自由液面波动的作用。

附图说明

图1是气泡膨胀时定常吹气和非稳态吹气的钢包内气泡尺寸分布对比示意图以及吹气流量对比示意图。

图2单周期内吹气流量幅度减小非稳态流量示意图。

图3是吹气频率增大周期性流量示意图。

图4是递减变幅递增变频式非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图5是相位为Π/2递减变幅递增变频式非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图6是递减变幅变频式非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图7是递减变幅递增变频式非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图8是吹气流量幅度先减小再增大频率先增大后减小周期性非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图9是初始相位为Π/2，吹起流量幅度减小非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图10是初始相位为Π/2吹气频率增大周期性非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图11是初始相位为Π/2的吹起流量幅度减小频率增大周期性非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图12是初始相位为Π/2的吹气幅度先减小后增大频率先增大后减小周期性非稳态流量示意图，图中q为吹气流量，t为吹气时间。

图13钢包底部吹氩孔示意图。

图14定常和非稳态渣眼面积大小对比示意图。

图15定长(左)和非稳态(右)吹气气泡直径大小云图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细具体的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明所提供的技术方案中下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种钢包精炼用非稳态底吹搅拌方法，如图13所示，钢包底部内径r处至少分布有一个吹氩气孔，0.3R≤r≤0.5R，其中R为钢包底部直径，在多周期非稳态底吹制度中通过吹氩气孔从钢包底部通入氩气，其中多周期非稳态底吹制度中包括两个以上单周期非稳态吹气制度，所述单周期非稳态吹气制度的吹气流量和吹气频率持续变化，其中吹气流量根据公式1的变频式和变幅式非稳态变化，公式1如下：

1.22*10

式中：t为吹气时间，n为常数，周期为2/n。其中吹气的周期为0～1600s，吹气频率f幅度为0～1/900Hz；吹气流量幅度为0～3600NL/min。

在多周期非稳态底吹制度中，单周期非稳态吹气制度内吹气流量最小值处于0-100NL/min，单周期内气体流量最大值处于100-3600NL/min。

在多周期非稳态底吹制度中中，包括单周期非稳态吹气制度吹气流量从最小值逐渐递增至最大值后，又逐渐递减至最小值的流量的非稳态变化吹气方式。

更进一步的，在多周期非稳态底吹制度中中，包括单周期非稳态吹气制度吹气体流量从最大值逐渐递减至最小值后，又逐渐递增至最大值的流量的非稳态变化吹气方式。

所述单周期非稳态吹气制度在单周期内为递减型时，吹气流量在幅度内逐渐递减变化。

所述单周期非稳态吹气制度在单周期内为递增型时，吹气流量在幅度内逐渐递增变化。

所述多周期非稳态底吹制度中，吹气频率先增大后减小。

所述多周期非稳态底吹制度中，吹气频率先减小后增大。

所述多周期非稳态吹气制度在精炼过程中吹气频率由处于100-3600NL/min中的最大值逐渐变化为0。

所述多周期非稳态吹气制度在精炼过程中吹气频率由0逐渐增大为处于100-3600NL/min中的最大值。

下面结合具体实施例对本发明进行说明。

在实施例1中，如图1，在150t钢包在距底部中心0.3～0.5R处有一个吹氩气孔，通过流量计编程设置实现非稳态式钢包精炼底吹吹气。在本实施例中，一是直观的体现了在固定吹气流量的情况下，定常吹气与非稳态吹气的气泡直径的区别，如图15中，定常吹气气泡的颗粒大小集中在3.56mm-7.00mm之间，0.12mm-1.27mm这个区间段的气泡较少。对比非稳态吹气，非稳态吹气的气泡颗粒直径集中在了0.12mm-5.00mm之间；二是体现了吹气方式的不同，定常吹气的吹气方式是一个频率从吹气开始到停止，而非稳态吹气是间歇式的、变频的、变幅的，这就直接或者间接的影响了钢包内部气泡，使气泡可以与有害气体、非金属化合物、钢水等进行更好的传热传质，且停留时间加长，搅拌混匀时间更加充分，提高了反应效果，以达到更好的除杂效果，提高出钢质量。

实施例2，在150t钢包在距底部中心0.3～0.5R处有一个吹氩气孔，通过流量计编程设置实现非稳态式钢包精炼底吹吹气。在本实施例中，如图2所示，单周期内吹气流量幅度减小非稳态变化，分别有从3600NL/min递减至0NL/min的流量非稳态变化的递减型的吹气方式；

实施例3，在150t钢包在距底部中心0.3～0.5R处有一个吹氩气孔，通过流量计编程设置实现非稳态式钢包精炼底吹吹气制度的变频式非稳态吹气制度，进而在钢包精炼底吹过程中使吹气频率增大周期性变化，如图3所示；

实施例4，在150t钢包在距底部中心0.3～0.5R处有一个吹氩气孔，通过流量计编程设置实现非稳态式钢包精炼底吹吹气制度的变幅变频组合式非稳态吹气制度，在钢包精炼底吹过程中，图4、6、7为吹气流量幅度减小频率增大周期性非稳态变化，图8为吹气流量幅度先减小再增大频率先增大后减小周期性非稳态变化。

实施例5，在150t钢包在距底部中心0.3～0.5R处有一个吹氩气孔，通过流量计编程设置实现钢包精炼底吹吹气制度的初始相位为Π/2的各非稳态吹气制度，在钢包精炼底吹过程中，初始相位为Π/2，从3600NL/min非稳态递减至1600NL/min的流量非稳态递减变化，频率增加的流量非稳态变化的吹气方式，如图5；初始相位为Π/2，从3600NL/min非稳态递减至1600NL/min的流量非稳态变化的递减型吹气方式(如图9；初始相位为Π/2吹气频率增大周期性变化，如图10所示；图11为初始相位为Π/2的吹起流量幅度减小频率增大周期性非稳态变化；图12为初始相位为Π/2的吹气幅度先减小后增大频率先增大后减小周期性非稳态变化。