RH上升管喷粉的粉剂传输行为：瞬态数值模型

刘壮 ^1,2 ，娄文涛 ^1,2* ，朱苗勇 ^1,2*

1  东北大学 多金属矿物生态冶金重点实验室（教育部），辽宁 沈阳 110819;

2  东 北大 学 冶金学院，辽宁 沈阳 110819

     钢中的硫元素会增加铁损，降低焊接性能，还会引发氢致裂纹（HIC）和硫化物应力腐蚀（SSCC）。尤其对于高品质钢种，如硅钢，管线钢，要求将钢中的硫含量控制在0.005%甚至更低。作为冶炼上述高品质钢种可脱硫的最后一道工序，RH中钢液的硫含量直接决定成品的硫成分合格率。目前，稳定、高效地在RH中实现深脱硫仍然是超低硫钢种生产中的一个难题。因此，本文研究了在RH上升管进行喷粉深脱硫技术。

    粉剂在熔池内的传输行为和喷粉过程中钢液的流动行为将直接影响钢液的脱硫效果。本文建立了RH上升管喷粉的Eulerian - Granular瞬态数值模型，揭示了喷粉过程中粉剂的传输行为，研究了粉剂粒径和喷粉参数对粉剂传输行为的影响。结果表明，喷粉过程中粉剂在钢包内部（L-I）、钢包顶部（L-T）、真空室（VAC）、下降管（D-S）及上升管（U-S）等各区域的质量分布比率在200s以后趋于稳定，如图1所示。喷粉300s后从上升管吸入的粉剂质量流率将超过自身的喷粉速率，如图2所示，即钢包内存在大量的粉剂将从上升管重新参与循环流动，粉剂的循环行为将增加粉剂的利用率。此外，上升管喷粉工艺会改变RH内的钢液流动趋势，减弱钢包内部的钢液流速。如图3所示。粉剂粒径对粉剂传输有显著影响，如图4所示，随着粉剂粒径的增大，粉剂上浮惯性力增强，当粉剂粒径超过150微米后，将造成粉剂在真空室和钢包顶部大量堆积，而喷粉速率和提升气量对各区域的粉剂分布比率影响较小。

图2  粉末循环质量流率随时间变化

1984年生，河南安阳人，2016年毕业于东北大学钢铁冶金专业获工学博士学位。主要研究方向为：钢精炼过程数值仿真，喷射冶金新工艺与装备，冶金反应工程学。主持国家自然科学基金项目、国家重点研发项目子课题、中央高校基本科研业务费项目和校企合作项目等10余项，发表学术论文20余篇，其中SCI收录10余篇，授权国家发明专利7项。2019年获得教育部自然科学二等奖1项，2015年获美国金属协会(ASM International)的Henry Marion Howe Medal和Marcus A. Grossmann Young Author Award 提名。担任《Metallurgical and Materials Transactions B》、《International Journal of Heat and Mass Transfer 》、《Powder Technology》、《ISIJ Int》、《钢铁》、《Journal of Iron and Steel Research International》等国内外期刊论文评审专家。