[发明专利]一种钢水精炼渣成分设计方法

权利要求书

1.一种钢水精炼渣成分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据夹杂物在钢渣界面处所受浮力、曳力、反弹力和附加质量力，构造夹杂物在钢渣界面处的受力平衡方程，从而确定钢渣界面处夹杂物的运动模型；

步骤二、计算求解钢渣界面处夹杂物的运动模型，得到夹杂物运动位移随时间的变化，根据夹杂物的运动位移与夹杂物自身直径的大小关系确定夹杂物在钢渣界面处的运动状态；

步骤三、分别定量化评价夹杂物尺寸、夹杂物密度、渣相密度、渣相粘度、钢水密度、钢水粘度以及夹杂物在钢渣界面处的润湿性对夹杂物在钢渣界面处运动去除过程的影响，最终确定渣相粘度和夹杂物在钢渣界面处的润湿性对夹杂物运动状态影响的关系图；

步骤四、根据渣相粘度和夹杂物在钢渣界面处的润湿性对夹杂物运动状态影响的关系图，确定夹杂物能够去除时所对应的渣相粘度范围；

步骤五、根据得到的渣相粘度范围，采用FactSage热力学软件计算得到对应的渣相成分范围；同时结合钢中夹杂物目标成分的控制要求，确定最优的精炼渣成分范围。

2.根据权利要求1所述的一种钢水精炼渣成分设计方法，其特征在于：步骤一中所得钢渣界面处夹杂物的运动模型，即夹杂物在钢渣界面处的运动位移表达式为：

上式中：

B(Z^*)＝Z^*-1-cosθ_plS (10)

其中，Z^*为钢渣界面处夹杂物的无量纲位移；t^*为无量纲时间；r_p为夹杂物的半径(μm)；ρ_p为夹杂物的密度(kg/m³)；ρ_S为渣相的密度(kg/m³)；ρ_l为钢水的密度(kg/m³)；cosθ_plS为夹杂物在钢渣界面处总的润湿性；μ_S为渣相的粘度(Pa·s)；μ_l为钢水的粘度(Pa·s)；σ_lS为钢水和渣相间的界面张力(N/m)。

3.根据权利要求2所述的一种钢水精炼渣成分设计方法，其特征在于，步骤(13)中的Z^*、t^*及dZ^*/dt^*分别按下式计算得到：

Z^*＝Z/r_p (2)

其中，Z为钢渣界面处夹杂物的位移(m)；t为夹杂物在钢渣界面处的运动时间(s)。

4.根据权利要求2所述的一种钢水精炼渣成分设计方法，其特征在于：所述公式(10)中cosθ_plS根据下式进行计算：

其中，σ_pl为夹杂物和钢水间的界面张力(N/m)；σ_pS为夹杂物和渣相间的界面张力(N/m)。

5.根据权利要求3所述的一种钢水精炼渣成分设计方法，其特征在于，所述钢渣界面处夹杂物的运动模型通过以下方法计算得到：构建夹杂物在钢渣界面处的受力平衡方程，如下公式(1)所示：

然后根据公式(2)-公式(4)对公式(1)进行无量化处理，即可计算得到夹杂物在钢渣界面处的运动位移表达式；其中，F_b、F_d、F_r、F_a分别为夹杂物在钢渣界面处所受浮力、曳力、反弹力和附加质量力，分别通过下式进行计算：

(1)浮力(F_b)：

(2)曳力(F_d)：

(3)反弹力(F_r)：

F_r＝2πr_p·σ_lS·B(Z^*) (9)

(4)附加质量力(F_a)：