求取钢包底喷粉元件缝隙长宽的方法技术

一种求取钢包底喷粉元件缝隙长宽的方法，属于钢铁精炼技术领域。本发明专利技术求取钢包底喷粉元件缝隙长宽的方法率先以光滑表面缝隙宽度为基准宽度，修正了钢包底喷粉元件缝隙表面粗糙度和表面宏观形貌的影响，提出了求取包含表面粗糙度和表面宏观形貌影响在内的钢包底喷粉原件缝隙长宽的方法；采用本发明专利技术求取钢包底喷粉元件缝隙长宽的方法指导制备的钢包底喷粉元件安全可靠、无渗漏、无堵塞，可满足钢包底喷粉精炼新工艺的需求，是解决钢包底喷粉精炼新工艺技术的难题的关键。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢铁精炼
，涉及缝隙式喷粉元件的设计，特别涉及。
技术介绍
钢包底喷粉精炼是新兴的ー项具有创造性和广阔应用前景的新技术，但由于钢包底喷粉工作环境比钢包底吹氩搅拌环境恶劣，钢包底喷粉エ艺提出后面临着诸多技术问题待解決。钢包底喷粉エ艺主要采用缝隙式喷粉元件来实现底喷粉精炼，正常喷吹冶炼，为将粉剂以一定动能喷吹进钢包熔池内，必然要求喷粉元件缝隙有一定的宽度，这与喷粉元件安全性相背离，因为喷粉元件缝隙较宽、钢液容易滲透缝隙而引发漏钢事故。为避免发生漏钢事故，喷粉元件缝隙又要尽量窄些，这ー对矛盾引发了人们对喷粉元件安全性和可行性设计的思考，保证喷粉元件安全可靠地工作，是推广应用钢包底喷粉エ艺的前提。于是采取一种有效的底喷粉缝隙式喷粉元件制备方法并对其安全性进行可靠的检验成为解决钢包底喷粉精炼技术难题的关键。目前，对钢包底喷粉精炼缝隙式喷粉元件制备方法较为单一，多采用Washburn提出的钢水向透气砖微孔渗漏的计算公式(I)来计算缝隙宽度，具体公式如下 e^cos^ハ、0 =--—(I) PgH式中，S -缝隙宽度(m) ； 0 -钢液表面张カ(N/m)；0 -钢液与喷粉元件接触角；P -钢液密度(kg/m3)；g_重力加速度(N/kg) ;H_钢包熔池内钢液深度(m)；该公式指导缝隙參数制备存在诸多不足(I)该方法没有考虑缝隙形状，计算时默认缝隙为圆孔状，与实际缝隙相差较大；(2)该方法没有考虑环境压力，默认炉内气体压力与缝隙内參与气体压カ相等，与实际情况存在差异；(3)该方法没有考虑缝隙表面实际情况对钢液渗漏情况的影响，默认缝隙表面为理想表面。而当使用过程当中，钢包底喷粉精炼缝隙式喷粉元件受粉气流磨蚀发生失效，钢液向缝隙内渗漏情况的预測，尚未见报道。钢包底喷粉缝隙式喷粉元件安全性检验无论在实验室还是现场生产中，尚未形成一套完善合理的检验方法，多采用现场故障透气砖的分析和检验，这种方法成本高、难度大，受工作环境影响严重，而且不能对钢液渗漏情况进行跟踪监測。
技术实现思路
针对现有方法存在的不足，本专利技术提出一种，以达到合理求取钢包底喷粉原件缝隙长宽，制备喷粉強度高，喷吹过程连续稳定，且不发生钢液渗漏安全可靠的钢包底喷粉元件的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的一种，用于确定底喷粉元件缝隙的长和宽，包括以下步骤步骤I :计算底喷粉元件缝隙为光滑表面时的缝隙宽度，并将此宽度作为基准宽度；步骤2 :对缝隙基准宽度进行修正，方法为(I)修正底喷粉元件缝隙表面的粗糙度系数在熔池深度一定吋，不考虑缝隙表面的宏观形貌，调整底喷粉元件缝隙的宽 度，将刚好不发生钢液渗漏时采集到的缝隙宽度与缝隙的基准宽度的比值作为修正后的底喷粉元件缝隙表面的粗糙度系数；(2)修正喷粉原件缝隙表面的宏观形貌系数，所述的宏观形貌是指底喷粉元件缝隙表面存在的毫米尺寸的凹陷、突起，包括四角柱的突起、台形的突起、半球状的突起、半球状的凹陷、圆柱状的突起等一切毫米尺寸上的表面形貌；以缝隙基准长度为分母，基准长度与沿长度方向上相邻两宏观形貌之间距离总长度的差值为分子，上述分子与分母的比值作为喷粉原件缝隙表面的宏观形貌系数，所述的基准长度是指以缝隙基准宽度的5 1000倍计算出的缝隙的长度；(3)利用⑴和⑵的结果，计算底喷粉元件缝隙的实际宽度；步骤3 :计算喷粉元件缝隙的实际长度为底喷粉元件缝隙的实际宽度的5 1000 倍。本专利技术的优点(I)本专利技术率先以光滑表面缝隙宽度为基准宽度，修正了钢包底喷粉元件缝隙表面粗糙度和表面宏观形貌的影响，提出了求取包含表面粗糙度和表面宏观形貌影响在内的钢包底喷粉原件缝隙长宽的方法；(2)本专利技术以实际缝隙宽度为基准，提出了求取钢包底喷粉元件缝隙长度的方法；(3)本专利技术指导制备的钢包底喷粉元件安全可靠、无渗漏、无堵塞，可满足钢包底喷粉精炼新エ艺的需求，是解决钢包底喷粉精炼新エ艺技术的难题的关键。附图说明图I为本专利技术的一种实施方式流程图；图2为本专利技术的一种实施方式液膜弯曲面受カ分析示意图；图3为本专利技术的一种实施方式界面接触液膜受カ分析示意图；图4为本专利技术的一种实施方式表面微观粗糙度对接触角的影响示意图，其中，(a)为理想表面润湿；(b)为阻塞润湿；(C)为Wenzel模型润湿；(d)为Cassie-Baxter模型润湿；图5为本专利技术的一种实施方式缝隙表面为半球状的凹陷宏观形貌示意图；图6为本专利技术的一种实施方式由金属熔池、缝隙式钢包底喷粉元件和測量装置组成的系统不意图；图7为本专利技术的一种实施方式实验装置结构示意图；图8为本专利技术的一种实施方式实验测得熔池深度与缝隙安全宽度关系示意图；图9为本专利技术的一种实施方式钢包熔池深度与缝隙安全宽度关系示意图；图10为本专利技术的一种实施方式钢液渗漏计算结果与实验对比示意图，其中，(a)为钢液渗漏速度随时间变化图；(b)钢液渗漏深度随时间变化图中，I、钢液；2、透气砖；3、液膜；4、喷粉元件缝隙；5、喷粉元件缝隙壁；6、缝隙式钢包底喷粉元件；7、半圆形透气砖；8、定厚度薄片电极；9、钢包；10、測量电路；11、直流稳压电源；12、保护电阻；13、数据处理器。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施方式做进ー步详细的说明。本实施方式中给出ー种，流程如图I所示。该流程开始于步骤101。在步骤102，设定钢液与空气的接触界面为液膜弯曲面。该液膜弯曲面满足受力平衡条件，如图2所示，即钢液静压力、炉内气体压カ之和与钢液界面附加压力、缝隙内残余压カ之和相等，满足如下公式 P0+ P gH = Pad+P (2)式中，P。为炉内气体压力(Pa) ;P为缝隙内残余压カ(Pa) ;Pad液膜弯曲产生的附加压カ(Pa)。传统方式，对于液膜弯曲面满足受力平衡，只考虑了钢液静压カ与液膜弯曲产生的附加压力，默认此时的炉内气体压力与缝隙内残余压カ相等。而本实施方式考虑了钢液静压カ与缝隙内残余压カ不相等情况下的受カ平衡(如公式(2)所示)。确定在底喷粉原件表面为光滑的情况下底喷粉原件缝隙的宽度首先由Young-Laplace方程确定钢液界面附加压力Pad，公式如下r I D _ 2cr cos^f めパ、Pad = --1 I + — I⑶式中，5为底喷粉元件缝隙的宽度；B为缝隙长度(m)。利用公式(2)计算底喷粉元件缝隙的宽度S，公式如下^ = _^Jcos^-(^-aJK] |1 + ^ P0+PgH-PI Bj式中，O lv为液气界面表面张力；O sv为气固界面表面张力；O sl为液固界面表面张力。由于气固界面表面张カOsv与液固界面表面张カO sl的大小相近，其受カ关系如图3所示，在这里近似为二者相等，则公式(3)可化简为以下形式 c2a cos i9 fi 8 ^/A,S = ---——-I + -(4) P0+ PgH-P K BJ将利用公式(4)计算出的钢包底喷粉原件的缝隙宽度作为基准宽度。本实施方式中，采用IOOkg感应炉，熔池深度为0. 5m，钢液表面张カ为I. 5N/m，钢液密度为7200kg/m3，炉内气体压カ和缝隙内残余压カ相等，钢液与喷粉元件接触角为150°，缝隙长度是缝隙宽度的100倍以上，因此忽略I■，按照表达式(4)初歩设计缝隙宽度为0. 076mm。在步骤103，在实际生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种求取钢包底喷粉元件缝隙长宽的方法，用于获得钢包底喷粉缝隙的长度及宽度，其特征在于该方法包括以下步骤 步骤I:计算底喷粉元件缝隙为光滑表面时的缝隙宽度，并将此宽度作为基准宽度，方法为设定钢液与空气的接触界面为液膜弯曲面，该液面满足钢液静压力、炉内气体压カ之和与钢液界面附加压力、缝隙内残余压カ之和相等；根据钢液界面附加压力，计算缝隙的基准宽度； 步骤2 :对缝隙基准宽度进行修正，方法为 (1)修正底喷粉元件缝隙表面的粗糙度系数在熔池深度一定时，调整底喷粉元件缝隙的宽度，将刚好不发生钢液渗漏时采集到的缝隙宽度与缝隙的基准宽度的比值作为修正后的底喷粉元件缝隙表面的粗糙度系数； (2)修正喷粉原件缝隙表面的宏观形貌系数，所述的宏观形貌是...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱苗勇，程中福，盛国良，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：