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計(jì)算乳化反應(yīng)區(qū)二級氧源的脫碳速率
新聞分類: 技術(shù)資訊 瀏覽:2437 日期:2012/03/07
第一種方法是認(rèn)為乳化反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氧化物Fco、引o，和Mno個百接參與脫碳反應(yīng)，而是將氧釋放到期液中．鋼液個氧和碳擴(kuò)散到co氣泡表面進(jìn)行脫碳，同時認(rèn)為二次緘源比()液摘平均直徑非常小(小廣lop”*”)，且reo液滴在反應(yīng)區(qū)停留時間相對較長，reo釋放緘和其與磚、錳反應(yīng)的動力學(xué)條件非常好，可假定反應(yīng)區(qū)內(nèi)硅、錳和鐵的氧化反應(yīng)達(dá)平衡，則可確定反應(yīng)區(qū)的平衡氧含量。 乳化區(qū)生成的二級氧源yeo大部分在高速氣流的作用r，彌散到乳化反應(yīng)K與鋼中碳和其他雜質(zhì)冗索人氣一液一液多相界面上進(jìn)行間接氧化反比，還打一部分隊(duì)o被卷入涪中，形成廠三次氧源：根據(jù)前面的分析，能夠進(jìn)行多相界面反應(yīng)的二次氧源量為qlox n、，書俐巾碳和其他雜質(zhì)含量很高時，這部分氧源將全部被消耗掉，化學(xué)反應(yīng)的限制性環(huán)下是此二級緘源的提供速度；管式電爐當(dāng)鋼戶碳和其他雜質(zhì)含量低時，反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)是碳和義他雜質(zhì)元素向反比界面的傳遞。 通過熱力學(xué)分析我們可以得知，巾于今成的P、o‘得不到cao的間定，很不穩(wěn)定，N假定磷在乳化區(qū)基本不參與反府；碳的氧化反此都不改變yco液滴的活度；對1”醉的氧化反應(yīng)，根據(jù)Feo—酗o、相圖及活度線圖“i，可認(rèn)為P90—sio、液滴中Fe〔3摩爾分?jǐn)?shù)小手：o 5時，reo活度為o．5，sio、活度為l，當(dāng)『Po摩爾分?jǐn)?shù)大于o．5時，F(xiàn)eo活度為其摩爾分?jǐn)?shù)，出o、活度為其摩爾分?jǐn)?shù)的兩倍12十干Mn的氧化反府，生成物比o—Mno為理想溶液．Feo、Mno活度均可以用它們的摩爾分?jǐn)?shù)來表示，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行脫碳的動力學(xué)分析。 有關(guān)氣泡農(nóng)面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)的計(jì)算，呵參考文獻(xiàn)!22：或參考相關(guān)書籍、聯(lián)合式435—式4．37可求出脫碳的傳遞通員‘、假定乳化反府區(qū)為半徑及肖度及的(橢)闖柱體，采用積分算法，最終求出乳化反應(yīng)區(qū)的脫碳速率： 乳化反／；女區(qū)半徑及為吹氧rq坑上端橫截面半徑，乳化反應(yīng)區(qū)高度鼾為吹氧凹坑的深度；根據(jù)文獻(xiàn)[231的觀察、co氣泡平均半徑約為2cM左右；而對：于反應(yīng)區(qū)域co的平均氣體分率J，轉(zhuǎn)爐中心反應(yīng)區(qū)為o．8，一次反應(yīng)區(qū)為o．44，對JL電爐乳化反應(yīng)區(qū)其大小uJ選擇在o．44—o．8范圍之間c考慮到脫碳用鈞不能超過qloxm，最終在單位時間內(nèi)，脫碳量表示如下： 半mfAc＞q。()x n 時： ACl n—d＝q?oX H．1 (4．39) 此時用來進(jìn)行氧化反應(yīng)的二級氧源全部用來進(jìn)行脫碳，脫碳反應(yīng)速率受供氧強(qiáng)度制約； 當(dāng)?shù)\fAc事q1()X…時： AC 、＝m，A c (440) 用來進(jìn)行氧化反應(yīng)的二級氧源部分用來脫碳，脫碳反應(yīng)速率受碳、氧元素向反應(yīng)表團(tuán)9、散傳遞制約*在這樣的情況r。剩余氧源將在si、Mn和鐵之間進(jìn)行分配，出于假定了氧化物液滴與鋼液間的反應(yīng)達(dá)平衡，可反算出平衡條件下『co—5i()。‘Mno各個氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)，最終確定剩余氧源將在5i、Mn和鐵之間進(jìn)行分配c 根據(jù)第一種計(jì)算脫碳速率的人法劉影響脫碳速率的因素進(jìn)行分析。如果乳化反應(yīng)K si含顯較高，氧化物液摘中5山、的話度接近J：1，則與之丫衡的氧含員較低，脫碳反應(yīng)速率將大大降低，甚至個發(fā)生脫碳反應(yīng)．這與小產(chǎn)實(shí)際也是吻合的；如果吹氧射流沖擊人大，則吹氧凹坑體積更人，乳化反應(yīng)區(qū)的體積包相應(yīng)更人，根據(jù)式438，脫破反應(yīng)速率可得到大大的提高，這包與生產(chǎn)文N；吻合。 計(jì)算脫碳速率方法汁算的前提條件是吹氧產(chǎn)生的Fe()液滴平均旦徑非常小，轉(zhuǎn)爐／1’產(chǎn)氧氣創(chuàng)流腫方大，可能滿足這‘條件，而44爐側(cè)吹氧射流腫方力相對小些，箱式電爐嚴(yán)生的reo液淌平均紅徑并不能滿足小1“10P”，且此液淌在反比區(qū)停留叫間較短，這就需要開發(fā)第二種計(jì)算脫碾速率方法： 第二種計(jì)算脫碳速率力苦是根據(jù)反應(yīng)器理解，4J，充分考慮Feo液淌平均畝徑利其在乳化反應(yīng)b(的停留時間，來計(jì)算Fc()液滴提取c、si和Mn的速率的。假定Feo液淌勺Lo氣泡接近后，F(xiàn)co液滴釋放氧勺碳作用進(jìn)行脫碳，如圖4．10所在不，將球狀t、eo液病和球冠狀co氣泡近似看成兩個園柱體，例柱體的底凹彼此相對，如圖4．]1所小，這樣可采用柱A4標(biāo)系統(tǒng)分析出碳轉(zhuǎn)化為c〔)的物流密度。 此區(qū)域巾巒積J＝2”rT萬的外側(cè)面圍成，rT足yeo液滴的個樣，2為FGo液滴與(：()氣泡之間距離。外側(cè)面將外部熔你勺Feo液滴·co氣泡間的反應(yīng)區(qū)分J r；根據(jù)r＝r7處的碳含量梯度rJJ求得co氣泡表面上c轉(zhuǎn)化成c()的物質(zhì)流密度。在桿坐標(biāo)r，在內(nèi)半極為f高度為z的圓桿向上，沿f方N碳擴(kuò)散物質(zhì)流的散皮為與氧反應(yīng)消耗的碳量。
可以看出，在這樣的情況下．脫碳速率受碳向反應(yīng)界面擴(kuò)散控制；以卜灶不考慮硅錳元素對脫碾影響進(jìn)行的脫碳速率計(jì)算，而實(shí)際情況硅錳冗素的氧化會對脫碳造成—2的影響，有必要從si—c、Mn“c競爭緘化的角度進(jìn)一步分析脫碳速率。 以L介紹了脫碳速率計(jì)算的兩種方法，可以看出：有關(guān)碳動力學(xué)分析得出向結(jié)論是一致的，與其他研究得出的結(jié)論也是一致的，那就是脫碳過程分為兩個豐要區(qū)域：碳含量高于臨界值[c]m，時，脫碳速度與含碳量無關(guān)，由供氧強(qiáng)度控制；碳含量降低到臨界佰以下時，脫碳反府為一級反應(yīng)，脫碳速率出碳的擴(kuò)散傳遞控制。 如果反應(yīng)逆向進(jìn)行，c優(yōu)先54化，在鋼小生成的出o。會像reo液摘祥，擴(kuò)散到c〔)氣泡表面與c反府，出于co氣泡大量／1—成v sio，與c的反應(yīng)動力學(xué)條件會特別好，所以此DJ uJ以個考慮5i的氧化。 以—亡2L中7y*u、：誨l mo]co氣泡提供的反應(yīng)面積乘以5i的傳質(zhì)系數(shù)；A5，：肖yeo液滴只提取磚v單價(jià)時間A2內(nèi)硅的氧化絲假定單伙時間內(nèi)qloX n、m。l的Feo液淌平均半徑為Rl)，平均停留時間為＼，可假定L、eo液滴提取Mn達(dá)到個衡，從而求出c2小根據(jù)以上對乳化反應(yīng)區(qū)脫碳動力學(xué)的分析，得小了脫碳反應(yīng)速率的第二種計(jì)算方法，通過11答機(jī)編程．箱式爐可建立乳化反應(yīng)區(qū)的脫碳模型。建模過程小、重點(diǎn)考慮的是S1、c之間的競爭氧化，si、c氧化后的剩余氧源可用來氧化Mn。模列的計(jì)算過程如圖4．12所表不。
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