[發明專利]一種轉爐內熔渣泡沫化的物理模擬方法

有效

• 申請號: 202011091674.9
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112481441B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 張波;王瑞芳;劉承軍;胡超;姜茂發
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明提供一種轉爐內熔渣泡沫化的物理模擬方法，屬于鋼鐵冶金技術領域。本發明通過向有機玻璃制成的轉爐物理模型中依次加入酸溶液和油類分別模擬鋼液和轉爐渣，然后在氧槍射流作用下，由爐口上方加入碳酸鈉顆粒，借助彌散在油中的碳酸鈉顆粒與酸溶液之間的反應產生CO₂，以模擬轉爐冶煉過程中渣?金界面反應引起的熔渣泡沫化現象，并記錄泡沫渣液面高度隨時間的演變過程。本發明所述方法可以模擬出轉爐內熔渣泡沫化過程，為轉爐內的渣?金?氣多相反應模擬提供途徑；且操作簡單、安全，模擬還原度高。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種轉爐內熔渣泡沫化的物理模擬方法。

背景技術

熔渣泡沫化是貫穿整個冶金過程中的一種常見現象，在煉鋼過程中發揮著極其重要的作用。適度的泡沫化有利于增大渣-金-氣之間的反應界面積，提高冶煉效率和能量利用效率。泡沫化不足或過度，不僅會影響冶煉效率，嚴重時還會引發噴濺事故，造成人身傷亡和設備損壞。因此，實現對熔渣泡沫化的準確控制對冶金過程的高效生產和安全保障具有重要意義。

對熔渣泡沫化的研究，目前主要有高溫實驗模擬、冷態物理模擬和數值模擬三種研究手段。但是，由于熔渣泡沫化在高溫條件下觀測和取樣困難，熔渣泡沫化的高溫實驗模擬受到極大制約，熔池內復雜的渣-金-氣多相反應也給數學模擬造成了極大的困難，所以轉爐噴濺的形成機制及控制方法的研究仍欠缺。相比而言，冷態物理模擬具有安全、真實和操作簡單等諸多優勢。物理模擬方法必須遵循相似理論，首先必須滿足模型與原型幾何相似，其次動力學相似也是重要的相似條件，實驗中通常根據物理性質相似選擇鋼液、油模擬鋼液和熔渣。

轉爐冶煉過程中，熔渣泡沫化主要是由于脫碳反應產生的大量CO和CO₂氣體(內生氣源)造成的。目前，轉爐物理模擬實驗中通常以壓縮空氣模擬高速氧槍射流，但是渣-金-氣多相反應(例如：渣金界面上的脫碳反應)的模擬鮮有報道，轉爐內熔渣泡沫過程的模擬仍是空白。專利CN205517664U涉及“一種模擬轉爐煉鋼化學反應氣體產物與熔池相互作用的裝置”，通過在轉爐模型熔池內部不同高度上通入壓縮空氣以模擬化學反應產生的氣體，實際上這種氣體產生方式仍為外引氣源并非化學反應。內生氣源和外引氣源產生的泡沫渣存在本質的差別。因此，亟需開發出一種轉爐內熔渣泡沫化的物理模擬方法，為熔渣泡沫化的相關理論研究提供參考。

發明內容

為了解決上述現有技術中的問題，本發明提供一種轉爐內熔渣泡沫化的物理模擬方法。熔渣泡沫化現象是在轉爐冶煉條件下由渣-金間化學反應釋放氣體引起的；本發明用酸溶液和油類來分別模擬鋼液和熔渣，通過酸-油界面上碳酸鈉顆粒與酸溶液反應產生CO₂氣體來模擬渣-金界面上的反應，進而使油類泡沫化模擬出熔渣的泡沫化現象。本方法為轉爐內的渣-金-氣多相反應模擬提供途徑，具有操作安全簡單、模擬還原度高的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種轉爐內熔渣泡沫化的物理模擬方法，具體步驟如下：

第一步、向有機玻璃制成的轉爐物理模型中依次加入酸溶液和油類，分別模擬鋼液和轉爐渣；

第二步、從轉爐物理模型的爐口上方加入碳酸鈉顆粒；

第三步、打開頂吹氧槍供氣，借助氧槍射流作用，碳酸鈉顆粒經過油層沉降至酸溶液-油界面，碳酸鈉顆粒與酸溶液反應產生大量CO₂氣體，從而使油層泡沫化來模擬轉爐內熔渣泡沫化，記錄泡沫液面高度的變化。

所述酸溶液為硫酸溶液、鹽酸溶液或草酸溶液，其中H⁺濃度為1.88～5.64mol/L。