铁水包顶吹工艺水模实验研究

喷射冶金是铁水预处理的重要方法之一，具有快速脱氧脱硫、提高合金元素收率、微合金化等作用。 顶吹还可以改善精炼热力学和动力学条件。 在实际铁水预处理过程当中，通过改善预处理顶吹工艺条件，加强铁水理化反应动力学条件，可以提高脱硫效率，缩短预处理时间，加快生产节奏，减少 生产成本。 本实验基于类似原理，建立了铁水包顶吹模型的物理实验。 通过实验分析得出，控制顶枪的吹气位置、吹气量和吹气高度对铁水在铁水包中充分混合均匀的时间有影响。 为改进铁水预处理合理的顶吹工艺提供了依据。

钢包的实验模型由有机玻璃制成。 实验中用水模拟铁水，空气模拟氩气。 图1是实物模型试验装置图。 实验中通过调整顶吹枪的高度、位置和吹气量来达到不同程度的模拟效果。

实验混合时间的测量方法

实验过程当中采用刺激-响应技术：将示踪剂（饱和NaCl溶液）瞬间添加到铁水包模型远离顶吹枪的位置，然后连续测量不同测量点的电导率变化，直到 电导率变化不高于稳定值（C∞）±5％，即|Ct -C∞| 选取≤0.05 C∞为标准，所需累积时间t0.95为实验混合时间。

为了更好地消除实验偏差，每个测量点重复3次，数据测量时间为3 min，测量数据时间间隔为0.05 s，取平均值。

实验方案

本实验采用正交设计方案。 变量包括三个因素：顶吹枪的高度、位置和吹气量。 每个因素挑选五个级别。

2 实验结果与分析

2.1 正交实验结果

为研究吹气位置、吹气高度、吹气量对混合时间的影响，按照正交试验设计进行了25组实验。 实验结果如表 3 所示。

2.2 结果分析

采用极差分析法对正交实验数据进行分析，分析顶吹高度、顶吹位置、吹气量对铁水混合时间的影响。 计算每个级别的实验结果的总和、平均值和范围。

3 结论

（1）本实验中，铁水包的顶吹位置、吹气高度和吹气量会影响铁水包的混合时间。 影响混合时间的主次因素顺序为：顶吹气孔与铁水包中心距离＞顶吹孔距铁水面高度＞吹气量。

（2） 在实验条件下，顶吹孔距铁水面200 mm，吹孔距铁水包中心0.7 r，吹气量为600 L时，混合时间最短 /分钟（标准条件）。