外文翻譯---物理和數(shù)學(xué)建模氬氧脫碳不銹鋼精煉工藝（譯文）

1、<p><b>　　中文3770字</b></p><p>　　物理和數(shù)學(xué)建模氬氧脫碳不銹鋼精煉工藝</p><p><b>　　魏季和</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　簡要回顧現(xiàn)有的文獻并研究的物理和數(shù)學(xué)模型不銹鋼氬氧脫碳過程

2、。作者和 他的研究小組總結(jié)有了最新的進展，應(yīng)用水中建模去調(diào)查液體流動和在 18 噸位 容器內(nèi)混合特性，與氣體回流運噴射的腐蝕效果和耐火內(nèi)層耐久性一樣并與充分 的旋轉(zhuǎn)類似，旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)氣流噴射穿過二個環(huán)形通風(fēng)口分配主管和螺旋管類 型。在實驗中比例模型與原型幾何比例為 1：3.受氣體流速影響，作為實際應(yīng)用 二個通風(fēng)口角度和其它因素與螺旋風(fēng)口應(yīng)相適用，并進行檢查。 最近的研究已 經(jīng)清楚并成功地揭示液體的流動在浴室中的摻混特性和通氣噴射回流現(xiàn)象

3、的全 部特性，而且提供了更好的理解的精煉過程。除此之外,不銹鋼精煉過程進行了 一個新的數(shù)學(xué)模型，提出并改進了模式的質(zhì)量和整個系統(tǒng)的熱平衡率計算方法。 另外影響的操作因素包括增加礦渣材料、廢料和合金劑等。非等溫條件的變化; 大量的金屬渣在精煉條件下，考慮其它因素，處理和分析奧氏體不銹鋼制造模型 (包括超低碳鋼)所獲得的試驗 32 數(shù)據(jù)加熱獲得生產(chǎn) 304 級—18 噸氬氧脫碳鋼鐵 容器。浴室容器合成物變化和.應(yīng)用這個模型可以精確地預(yù)測在

4、精煉處理時 的溫度。這個模型能提供一些有用的信息并為優(yōu)化不銹鋼</p><p>　　關(guān) 鍵 詞:不銹鋼的氬氧脫碳步驟：液態(tài)流動和混合?；亓鳜F(xiàn)象，非旋轉(zhuǎn)和 旋轉(zhuǎn)氣體噴射，脫碳，水中建模，數(shù)學(xué)建模。</p><p><b>　　一. 序論</b></p><p>　　與其他的不銹鋼精煉過程比較，這個氬氧脫碳過程中有很明顯的提高.從第 一次氬氧脫碳

5、容器建成并在 1968 年投入使用以來，這項煉鋼技術(shù)被廣泛應(yīng)用并 發(fā)展迅速，它遍及全世界. 并帶來了 生產(chǎn)不銹鋼和其它高鉻合金的主要方法, 同時這種方法幾乎可以用來制造所有類型的鋼。目前超過世界 75%的的不銹鋼產(chǎn) 量是用這個生產(chǎn)過程。</p><p>　　在精煉過程中,幾個環(huán)形管式通風(fēng)口通常用來進行水平鼓風(fēng)和注射。在浴室 中非常猛烈的運動的液體能促進和加強傳熱。有利于加速反應(yīng)、提高浴室同種組 成和溫度。另一方面

6、,作為水下氣體注射技術(shù)一種重要的應(yīng)用，氬氧脫碳過程的 重要缺點是耐火內(nèi)層的短暫使用壽命，其明顯特征是非均勻磨損和侵蝕。它與在 鼓風(fēng)條件下液體在浴室中運動模式密切相關(guān)。氣體噴射回流重現(xiàn)所有水下氣體通 風(fēng)冶金過程，這是指在一種重要的因素情況下進行調(diào)查,取得一個清晰的認識, 液體流動現(xiàn)象和混合特性與在氬氧脫碳作用時回流運動一樣,改進建立數(shù)學(xué)模型 的過程，并優(yōu)化安裝設(shè)計鼓風(fēng)技術(shù)和計算機實時在線控制過程。</p><p>

7、　　二. 氬氧脫碳物理模擬過程</p><p>　　在氬氧脫碳過程中，在浴室中從側(cè)墻靠近底部容器水平通入氣體，通過一些 鼓風(fēng)口（≤6），在氣液二個階段轉(zhuǎn)換外液體運動方式是氣體驅(qū)動，在氣液二個階 段轉(zhuǎn)換外的液體運動預(yù)期將會依據(jù)雷諾數(shù)強制攪動氣流為特點。浮力，慣性力和 重力將主要控制氣體邊側(cè)氣流量。因此，修改勞德數(shù)頻率也可以為系統(tǒng)選擇一個 決定性的無窮小值：</p><p><b>

8、　　Fr ?</b></p><p><b>　　pg</b></p><p><b>　　pl ??pa</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　u g</b></p><p>&

9、lt;b>　　g d</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　?g g</b></p><p><b>　　p g d</b></p><p>　　ug 代表氣體的速度單位是 m ??s</p><

10、;p>　　，pl 和 pg 分別是氣體和液體的密度單位是</p><p>　　kg ??cm?3 。 g 是重力加速度單位是 m ??s?1 。d 為系統(tǒng)特征尺寸單位是 m.保持液體 原型與模型的運動學(xué)上運動相似性，因此,他們的修改佛勞德數(shù)需要保持相等。</p><p>　　除了維持他們的幾何相似性以外，把 d 帶入風(fēng)口直徑中關(guān)系式： ?Fr'?m ???Fr'??&

11、lt;/p><p>　　?p??0 ?????p</p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　??2 ??p</b></p><p><b>　　11</b></p><p>　　??2 ??d ??2</p>&

12、lt;p><b>　　Qm ??Q?</b></p><p><b>　　p ?</b></p><p>　　?p g 0 ????</p><p><b>　　lm ?</b></p><p><b>　　?</b></p>&

13、lt;p><b>　　lp</b></p><p><b>　　?????m ?</b></p><p><b>　　??</b></p><p><b>　　?p</b></p><p><b>　　????m ?</b>&

14、lt;/p><p><b>　　??</b></p><p><b>　　p</b></p><p><b>　　3?1</b></p><p><b>　　m ?????</b></p><p><b>　　????

15、?</b></p><p><b>　　?3</b></p><p>　　Qm 單位是 Nm ??h</p><p><b>　　風(fēng)口處氣體的密度。</b></p><p>　　， p??0 代表消耗氣體的密度單位是 kg ??Nm</p><p><b

16、>　　， p??代表</b></p><p>　　顯然，為了一個初始給定的模型系統(tǒng)，在出風(fēng)口處的氣體模型密度 pgm</p><p>　　和容器的密度 p?p ，它們是 2 個主要的參數(shù)。在封口處它們是有密切相關(guān)的氣流 數(shù)據(jù)。</p><p>　　氣體使用的主要通風(fēng)口和備用通風(fēng)口分別是：混合 O2 和 N2 （4：1），最初 提煉 N2 的階段：混

17、合 O2 ；驗收條件在第二次(中)精煉階段氣體(3:2)，并且模 型和原型的幾何相似比為 1：3（包括主管類型通風(fēng)口）。與建模的各種氣體和空 氣用于精煉，在應(yīng)用的通風(fēng)口中加熱氣流的條件下進行計算初始和中期通風(fēng)階 段。這與 Qm 的價值有關(guān)，計算結(jié)果表明在二個不同的通風(fēng)階段差別不太大。中</p><p>　　期通風(fēng)階段的有關(guān)參數(shù)計算結(jié)果用表 1 表示出來：</p><p>　　表 1 中期通

18、風(fēng)階段有關(guān)參數(shù)計算結(jié)果</p><p><b>　　m1.4392+</b></p><p><b>　　g</b></p><p><b>　　l</b></p><p><b>　　2.1實驗條件</b></p><p>　

19、　圖一 18 噸位的氬氧脫碳容器設(shè)備模型原理圖用于水中模擬實驗（a） 和它的風(fēng)口位置安排(b)</p><p>　　圖一 （a） 是用來表示試驗中 18 噸位氬氧脫碳容器模型設(shè)備的尺寸的原理 圖，（b）是表示 17 風(fēng)口被固定在它的側(cè)壁位置.它的二個風(fēng)口最大分離角度為</p><p>　　150 度。用黃銅做的風(fēng)口內(nèi)管的模型；外管使用紅銅做的圓形風(fēng)口管道。這個結(jié) 構(gòu)與截面直筒風(fēng)口在圖二（a

20、）（b）中分別提出來:</p><p>　　圖二用于 18 噸氬氧脫碳容器模型的 結(jié)構(gòu)(a)和截面尺寸的直線管道將(b)和風(fēng)口主要風(fēng)口的螺旋平風(fēng)口(c)。</p><p>　　一個環(huán)螺旋平風(fēng)口插入一個螺旋平到中央管(主要的風(fēng)口)是用來獲取旋轉(zhuǎn) 的噴射氣體.圖二（c）表示螺旋風(fēng)口使用尺寸截圖;有效的量程 46.57 mm.它具 有更好的通風(fēng)性能。</p><p>　　

21、2.2 無窮小的混合時間</p><p>　　這個空間的分析表明,為了在浴室中混合攪拌，二個通風(fēng)口通風(fēng)時采用環(huán)形 通風(fēng)口進行氬氧脫碳處理，以下方程是有效的。</p><p><b>　　?u ?u ?</b></p><p><b>　　p u2</b></p><p><b>　　p

22、u2</b></p><p>　　HDDppS ?</p><p>　　f ??g1 m ??g2 m ???g1 g1 ???g2 g2 ???</p><p>　　???y1 ???g2 ?</p><p><b>　　???0</b></p><p><

23、b>　　???dd</b></p><p><b>　　p gd</b></p><p><b>　　p gd</b></p><p><b>　　D ddp</b></p><p><b>　　pS ?</b></p&g

24、t;<p><b>　　?12ll</b></p><p><b>　　12l</b></p><p><b>　　1u ?</b></p><p>　　下標(biāo)1和2 分別適當(dāng)?shù)谋硎局黠L(fēng)口和備用風(fēng)口參數(shù)。D 是浴室的等效直徑， 把 u ??ug1 ?Qm1 /?Qm1 ??Q

25、m 2 ????ug 2 ?Qm 2 /?Qm1 ??Qm 2 ???d1 d2 d 和 C 分別代入主通風(fēng)口和備</p><p>　　用通風(fēng)口相等的直徑中，并把二個通風(fēng)口合二為一。</p><p>　　2.3 水下水平通風(fēng)氣體噴射回流現(xiàn)象</p><p>　　水平氣體噴射回流現(xiàn)象，在更廣泛的意義包括三個部分，第一點，在風(fēng)口出 口剩余氣體噴射回流現(xiàn)象是狹義的觀點；第

26、二點，噴射的反向抵抗；第三點，注 意在抑制液體運動的條件下從在側(cè)壁反向噴射大量分離氣泡運動。此外，氣體噴 射的回流作用與促進在浴室中液體循環(huán)密切相關(guān)。這將保證至少有一組水平的氣 體噴射，在這個案例中,適當(dāng)?shù)幕亓鳜F(xiàn)象,主要由前者兩種作用。</p><p>　　2.4 環(huán)形螺旋平衡風(fēng)口的實際適用性并有效加以利用</p><p>　　水中模擬實驗結(jié)果指出相對于環(huán)形螺旋風(fēng)口， 為了讓浴室可以更好的

27、攪 動，在合適的強度條件下環(huán)形平螺旋風(fēng)口能夠用于主要風(fēng)口的氣體旋轉(zhuǎn)運動。因 此達到更好的混合效率。另外,將非常有效的緩解的氣體噴射回流可減少甚至消 除泡沫所帶的大量小氣泡。將非常有效的緩解的氣體噴射回流,減少了不均勻的 侵蝕速度和耐火內(nèi)層磨損。從而為水平通風(fēng)處理和氬氧脫碳處理改善耐火內(nèi)層的 使用壽命。 同樣,利用率的氧氣和利率的精煉的反應(yīng)將會明顯增加反應(yīng)接口。 值得一提的是這種類型的風(fēng)口擁有良好的潛在利用價值和有效的復(fù)合方法并適 合在工

28、業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用。</p><p>　　三. 不銹鋼氬氧脫碳精煉處理的數(shù)學(xué)建模</p><p>　　3.1 氬氧脫碳處理分析</p><p>　　著名的氬氧脫碳不銹鋼制作，提供氧氣分離溶化狀態(tài)下鋼中的碳。氬(或氮) 同時可以降低一氧化碳通風(fēng)壓強和促進脫碳。從而有效地實現(xiàn)目的并移除二氧化 碳和減少損失的鉻。然而硅錳溶解的鋼液還可以吸收吹氧和限制二氧化碳和鉻的 氧化反應(yīng)。那

29、里碳、鉻、硅、錳及其他元素的溶解在鋼在整個精煉過程中競爭氧 化。</p><p>　　再者，在高碳濃度條件下。將沒有足夠的氧氣去氧化碳從大部分的鋼液轉(zhuǎn) 移到反應(yīng)接口。當(dāng)在鋼的含碳量下降到一個確定的較低的水平,大量碳從液體容 器轉(zhuǎn)移到反應(yīng)接口可以由脫碳率控制。 比較而言.它是一個臨界點或者一個臨 界狀態(tài)過程類似煉鋼業(yè)的氧氣轉(zhuǎn)換器。另外,浴室總是在煉油等過程中具有明顯 的非等溫特性，可以直接強烈影響各種精煉的反應(yīng)的均

30、衡比率。另一個氬氧脫碳 過程的特征是浴室中氣體強烈活動。前文指出，這可以有效地促進加強熱和傳質(zhì) 并有利于加速和提高在浴室的溫度、位置煉油反應(yīng)。</p><p>　　以前的分析的基礎(chǔ)上,提議和發(fā)展不銹鋼精煉過程采用一種新的數(shù)學(xué)模型。 提及考慮并注意這些條件和特點。</p><p>　　3.2 競爭的氧化元素和在元素中吹氧脫碳比例</p><p>　　在氧化精煉過程中存

31、在競爭氧化的原理，類似于在任何空間反應(yīng)體系。吹氧 在不同的元素中具有不一樣的比例分配，將精煉的條件下動態(tài)改變比例。特別是 構(gòu)圖和溫度的浴室，吉布斯自由能量的各種氧化反應(yīng)是第一用來試圖確定這個參 數(shù)值的元素。分配在碳、鉻、硅和錳中通氧比例三級加熱溶解鋼，如圖三所示。</p><p>　　圖三為吉布斯自由能量的各種氧化反應(yīng)中三級加熱溶解鋼， 分配在碳、鉻、硅和錳中通氧比例 它也應(yīng)該強調(diào)給出價值觀不僅確定吉布斯自由能量

32、氧化反應(yīng)，同樣也是浴室</p><p>　　組成和溫度的影響。后者與諸多因素密切相關(guān),如在精煉過程中動力學(xué)的研究, 熱平衡和質(zhì)量等等。</p><p><b>　　四. 總結(jié)</b></p><p>　　這項最新的研究提出作者和他的研究小組確定氬氧脫碳物理數(shù)學(xué)建模過 程，這些研究都明確并成功帶來在在精煉過程中浴室的液體流動混合特性和氣體 噴射回

33、流現(xiàn)象的全部特征提供一個更好的理解方式。</p><p>　　適當(dāng)提高在前一時期氧氣和氮氣流量并在第二次吹期間減少氧氣流量和增 加供應(yīng)氬氣，不僅提高了浴室中的溫度并且強化前一時期脫碳性。并且減少鉻避 免過度浴室高溫.并在第二個環(huán)節(jié)下層中去除液鋼中的碳。其它因素,例如初始溫 度和鋼液質(zhì)量、增加作物結(jié)束。廢料和合金劑也可以改變脫碳過程。所有的因素 應(yīng)該合理控制該模型能實時在線的提供非常有用的信息并優(yōu)化氬氧脫碳不銹鋼

34、精煉過程。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p><b>　　[1]</b></p><p>　　J. C,羅杰斯浸一和史翰 G 操作的在煉鋼業(yè)中從氬氧脫碳制造過程中[J].平 衡記分卡,1978.5：107—120</p><p><b>　　[2]</b

35、></p><p>　　Figueroa R M 和 Szekely 現(xiàn)象,1985.16B：67—75</p><p>　　J 在水中數(shù)學(xué)建模模型[J].交易系統(tǒng)中湍流流動</p><p><b>　　[3]</b></p><p>　　Szekely J and As a S 不銹鋼脫碳并優(yōu)化工業(yè)規(guī)模系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

36、建模[J].冶 金交易信用證,1974.5（7）：1573—1580</p><p>　　[4] 從 底部 通 風(fēng)口實 驗 研究中 研 究 Aolo T 機制的 回 流現(xiàn)象 [J].1990.76 ； 20042010</p><p><b>　　[5]</b></p><p><b>　　[6]</b></p>