【摘 要】
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硫元素对大多数钢种而言都以有害元素的形式存在,它主要影响钢材的热加工性能、耐腐蚀性能、力学性能以及焊接性能等。因此,为确保钢材质量,炼钢中的脱硫成为一项极为重要的任务,而控制钢中硫含量的关键在于建立该工艺条件下的脱硫动力学模型来预测钢中硫含量的变化。电渣重熔技术是现代冶金的重要工艺,按照熔炼气氛来划分可分为保护性电渣重熔与普通大气气氛下的电渣重熔。由于该工艺具备了产品组织致密、夹杂物细小且弥散的优
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硫元素对大多数钢种而言都以有害元素的形式存在,它主要影响钢材的热加工性能、耐腐蚀性能、力学性能以及焊接性能等。因此,为确保钢材质量,炼钢中的脱硫成为一项极为重要的任务,而控制钢中硫含量的关键在于建立该工艺条件下的脱硫动力学模型来预测钢中硫含量的变化。电渣重熔技术是现代冶金的重要工艺,按照熔炼气氛来划分可分为保护性电渣重熔与普通大气气氛下的电渣重熔。由于该工艺具备了产品组织致密、夹杂物细小且弥散的优点,该工艺成为生产特殊钢的重要手段。在特殊钢生产中对于硫含量的控制极为严格。因此,建立不同气氛下电渣重熔过程的脱硫动力学模型对解决钢中硫含量的控制问题有重要的作用。本文针对不同气氛下电渣重熔生产过程中硫含量的控制问题,主要从以下三个方面进行研究:第一,传质动力学模型作为最基本的解决途径,建立不同气氛下电渣重熔过程中的脱硫动力学模型;第二,冶炼工艺作为重要的模型验证手段,使用加压电渣炉完成在不同气氛下对特定钢种的实验冶炼;第三,通过对模型的模拟值与实验的实测值进行比对分析,对已建立的模型作出评估,为在不同气氛下电渣重熔过程的硫含量控制奠定基础。首先,本文基于薄膜理论与渗透理论,在已有模型的基础上,详细分析了不同气氛下电渣重熔过程中电极末端熔化形成熔滴、熔滴穿过渣层、金属熔池、熔渣大气接触等阶段的传质机理,使用Matlab编程求解,研究了[S]+（S2-）、[Mn]+（MnO）、[Si]+（SiO2）、[Al]+（Al2O3）、[Fe]+（FeO）、[O]+（O2-）等6个物系的传质过程,成功建立出以脱硫为中心不同气氛下电渣重熔脱硫动力学模型。与已有模型的相比,该模型充分考虑重熔过程各元素分配系数的变化,并且加入气相对于熔渣中硫的脱除作用。随后,采用40%CaF2-30%Al2O3-30%CaO渣系,T10钢种作为自耗电极,使用50 kg加压电渣炉进行不同气氛下电渣重熔实验。通过测定钢中S、Mn、Si、Al、O随渣金接触时间的变化过程,研究不同气氛下电渣重熔对于钢中各元素传质的影响。实验数据表明:钢中S、Mn、Si、O等元素含量随着重熔过程的进行不断升高,而钢中Al含量不断降低,但仍高于原始自耗电极中的Al含量,出现增铝现象。对不同气氛下冶炼的高碳低硫低合金钢T10而言,脱硫率均达到30%,而非保护性冶炼数据显示,由于大气中氧对熔渣中硫的脱除作用,脱硫率可达35%。最后,将建立的不同气氛下电渣重熔过程中脱硫动力学的模拟值与不同气氛下冶炼产品的实测值进行数据对比分析。结果显示,模拟值与实测值吻合度良好,该模型对钢中的S、Mn、Si、Al、O均有较高的预测精度。对不同气氛下电渣重熔过程中的脱硫位置而言,电极熔化末端位置的脱硫能力要明显高于熔滴穿过渣层和金属熔池处的脱硫能力,这与文献中的报道一致。
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