[发明专利]一种钢渣界面处夹杂物去除的判断方法及其去除率计算方法

说明书

本发明提供一种钢渣界面处夹杂物去除的判断方法及其去除率计算方法，属于洁净钢冶炼技术领域。本发明的一种钢渣界面处夹杂物去除的判断方法，钢水中的非金属夹杂物向钢渣界面处运动并与之发生碰撞，且夹杂物与渣相间形成钢液薄膜，分别计算得到夹杂物在钢渣界面处的碰撞时间以及钢液薄膜破裂时间，若碰撞时间大于钢液薄膜破裂时间，则钢液薄膜破裂时夹杂物将被渣相吸附去除；若碰撞时间小于钢液薄膜破裂时间，则在钢液薄膜破裂前夹杂物将脱离渣相重新进入钢水内部。本发明不仅解决了当前通用计算方法中仅仅考虑钢水的作用而忽略渣相的吸附时存在的不足，也为减少钢中夹杂物数量、提高钢水的洁净度提供理论指导。

技术领域

本发明属于洁净钢冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种钢渣界面处夹杂物去除的判断方法及其去除率计算方法。

背景技术

钢铁作为结构功能性材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、石油化工和建筑行业等领域，并以其低廉的价格、可靠的性能在社会生产生活中起着不可替代的作用。随着社会的发展和生产技术的提高，人们对钢铁材料提出了更高的要求，主要表现为钢中总氧含量要低、夹杂物数量要少。其中，总氧含量为钢中自由氧含量和夹杂物中氧含量之和，而夹杂物中氧含量一般大于钢中自由氧含量，因此，总氧含量的高低在一定程度上能够反映钢中夹杂物数量的多少。钢中夹杂物的存在，破坏了钢基体的连续性，若熔点较高，不易变形，在后续轧制过程中容易造成夹杂物周围裂纹的产生，从而严重影响最终产品的质量和性能。

由于在转炉出钢过程中加入铁合金，使得硅、锰、铝等脱氧元素和钢中的氧结合生成夹杂物，同时在精炼过程中脱氧剂的加入、钢渣反应等过程也会生成一定量的夹杂物，由此可知在实际炼钢过程中无法完全杜绝夹杂物的生成。通过促进夹杂物在钢渣界面处的去除，以尽可能减少钢中夹杂物的数量，为此国内外学者开展了大量的研究工作，并取得了较多的研究成果。

在公开发表的资料中，计算夹杂物在钢渣界面处去除通用的方法为：基于夹杂物自身上浮速度给定一个去除通量考虑其去除，对应的结果往往过高的预测了夹杂物在钢渣界面处的去除。此外需要说明的是，夹杂物自身上浮速度是根据夹杂物在钢水中运动时所受曳力和浮力求得，反映的是夹杂物在钢水内部的运动状态，而忽略了钢水上部渣相的影响。实际冶炼过程中夹杂物在钢渣界面处运动去除时，不仅受到来自钢水的作用，也受到渣相的吸附，是一个复杂的三相作用过程。以炼钢温度下常见的Al₂O₃夹杂物和12CaO·7Al₂O₃夹杂物为例，二者在钢渣界面处的接触角分别为144°和54.3°，前者易于被渣相吸附去除，而后者的去除较为困难。若采用当前通用的计算方法，则无法给予客观真实的反映。因此，综合考虑钢水的作用和渣相的吸附过程，提出一种新的计算方法来定量化评价夹杂物在钢渣界面处的运动去除显得尤为必要。

经检索，中国专利申请号为201310135832.X的申请案公开了一种确定特厚板坯连铸机垂直段高度去除夹杂物的方法，该申请案利用三维凝固传热流动耦合仿真模型与夹杂物运动仿真模型进行仿真计算，找出连铸过程中铸坯内部夹杂物上浮率、分布状况与垂直段高度的关系，以满足连铸过程中铸坯内部夹杂物上浮率高、分布均匀为目标，准确确定连铸机的垂直段高度，并按此高度在特厚板坯连铸机上设置垂直段，降低夹杂物对铸坯质量的损害，提高用特厚板坯轧制特厚板的探伤合格率。该申请案即是以夹杂物的上浮率为夹杂物去除效果的主要判定标准，其判定结果的准确性相对较低。