一种阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法

本发明涉及一种阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，属于钢铁冶金，特别适用于钢包精炼底吹。

背景技术：

1、在转炉和钢包炉外精炼过程中，底吹氩气是该类冶金反应容器的通用工艺,该工艺产生的向上运动真空气泡驱动钢水形成环流。底吹过程中，真空氩气泡的低分压不仅能够带走钢水中的氢、氧、氮等气体，从而降低溶入钢水中的有害气体含量，还能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。底吹搅拌可以达到去除夹杂物中渣质的效果，进而提高钢水洁净度的精炼效果。

2、目前常规的钢包底吹氩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。如果此时采用非常规的阶跃式脉冲吹气方式，其间歇式不同流量的吹气方式势必可以调控进入钢包的气泡大小，进而产生气液两相界面积(气泡比面积)的小气泡；其次，间歇式阶跃脉冲吹气的耗气量比定常吹气的耗气量更小；再次，气量周期性变化能减小渣眼处暴露面积和时间；最后可通过控制阶跃脉冲吹气的频率，使吹气流量的波峰与渣层波动的波谷时间一直，进而起到消波至抑制自由液面的波动的作用。因此，本发明提出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——阶跃脉冲吹气来调控产生拥有更高气液相界面积(气泡比面积)的小气泡，进而强化气液两相流的传质和去杂质效果，从而提高出钢质量。

3、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。然而无法很好控制气泡尺寸，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，本申请对其进行了底吹方法进行了创新。

技术实现思路

1、本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，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。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，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，在多周期阶跃脉冲吹气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阶跃脉冲吹气制度，其中吹气的周期为0～900s，吹气频率f幅度为0～1/900hz；吹气流量幅度为0～3000nl/min，气泡颗粒直径处于0.12m～5mm。

3、在单周期内，所述阶跃脉冲吹气流量幅度从0nl/min阶跃递增至3000nl/min后，又阶跃递减至0nl/min，阶跃递增的幅度根据人为确定。

4、在单周期内，所述阶跃脉冲吹气流量幅度从3000nl/min阶跃递减至0nl/min后，又阶跃递增至3000nl/min。

5、所述单周期阶跃脉冲吹气制度在单周期内呈递减型阶跃脉冲，在吹气流量幅度3000nl/min～0nl/min阶跃递减变化。

6、所述单周期阶跃脉冲吹气制度在单周期内呈递增型阶跃脉冲，在吹气流量幅度0nl/min～3000nl/min阶跃递增变化。

7、所述阶跃脉冲底吹氩制度在钢包精炼底吹过程中，单周期阶跃脉冲吹气制度在0～3000nl/min中呈间歇式周期性阶跃变化。

8、所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率先增大后减小周期性变化。

9、所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率先减小后增大周期性变化。

10、所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率由最大值逐渐变化为0。

11、所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率由0逐渐增大为最大值。

12、根据上述技术方案可知，本发明提供的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法通过调节钢包底吹吹气流量和吹气频率，使其呈周期性变化，用阶跃脉冲式底吹方法来实现吹气制度的变幅，有利于产生比表面积大的小气泡，提升钢水夹杂物去除率，进而有效提升了钢水的洁净度。本发明相对于现有技术相比具有以下优点：

13、(1)因为本发明所采用的技术方案采用周期性阶跃脉冲式，通过不同流量的吹气方式可以调控进入钢包的气泡大小，所以本发明的底吹氩气下喷出的气泡比定常底吹氩气气泡直径更要小，提高了空气与渣眼之间的传热，从而提高了钢水的洁净度提升了气泡与有害气体之间的传质，更加有效的去除了钢水中的夹杂物，。

14、(2)因为本发明所采用的技术方案阶跃脉冲底吹氩气，通过调节钢包底吹吹气流量和吹气频率，使其呈周期性变化，所以本发明能够减少了渣层波动与后续吹气扰动之间的共振现象，起到了抑制渣层波动的效果，提升了钢水洁净度。

技术特征：

1.一种阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：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，在多周期阶跃脉冲吹气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阶跃脉冲吹气制度，其中吹气的周期为0～900s，吹气频率f幅度为0～1/900hz；吹气流量幅度为0～3000nl/min，气泡颗粒直径处于0.12m～5mm。

2.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：在单周期内，所述阶跃脉冲吹气流量幅度从0nl/min阶跃递增至3000nl/min后，又阶跃递减至0nl/min，阶跃递增的幅度根据人为确定。

3.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：在单周期内，所述阶跃脉冲吹气流量幅度从3000nl/min阶跃递减至0nl/min后，又阶跃递增至3000nl/min。

4.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述单周期阶跃脉冲吹气制度在单周期内呈递减型阶跃脉冲，在吹气流量幅度3000nl/min～0nl/min阶跃递减变化。

5.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述单周期阶跃脉冲吹气制度在单周期内呈递增型阶跃脉冲，在吹气流量幅度0nl/min～3000nl/min阶跃递增变化。

6.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述阶跃脉冲底吹氩制度在钢包精炼底吹过程中，单周期阶跃脉冲吹气制度在0～3000nl/min中呈间歇式周期性阶跃变化。

7.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率先增大后减小周期性变化。

8.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率先减小后增大周期性变化。

9.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率由最大值逐渐变化为0。

10.根据权利要求1所述的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，其特征在于：所述阶跃脉冲吹气制度的在精炼过程中吹气频率由0逐渐增大为最大值。

技术总结
本发明涉及一种阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法，属于钢铁冶金技术领域，特别适用于钢包精炼底吹技术领域。本发明提供的阶跃脉冲底吹氩气的钢包精炼方法通过调节钢包底吹吹气流量和吹气频率，使其呈周期性变化，吹气周期为0～900s，最大频率为1/900。所述阶跃脉冲吹气流量幅度范围不大于3000NL/min。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。

技术研发人员：谭方关,胡江迪,李法社,马岩,娄毅,王华
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16