钢包底喷粉精炼新工艺应用基础研究

针对高效、低成本洁净钢的生产需求和当前炉外处理工艺存在的问题，进行钢包底喷粉钢水精炼新工艺研究，对涉及此新精炼工艺的若干重大理论与关键技术问题开展深入研究，为此新精炼工艺技术的工业化奠定重要的理论和应用基础。通过实验室的理论与冷热态实验研究，揭示钢包底喷粉的钢水渗漏和粉剂堵塞机理，提出底喷粉元件的设计理论，研制出抗磨损和耐高温侵蚀的喷粉元件，从而解决钢包底喷粉的钢水渗漏（安全性）、粉剂堵塞（稳定性）、喷吹元件使用寿命（可靠性）等难点；揭示钢包底喷粉过程气-固-液多相流行为与精炼反应动力学行为并建立相应的理论模型，通过中间规模的试验研究，提出钢包底喷粉工艺应用可靠性和可行性，解决此新工艺应用的效率与效果问题。本项目的研究及成果将为钢的炉外处理和生产流程的变革提供方向和指导，对形成我国特色的高效、低成本的洁净钢生产工艺流程具有重要意义，同样对钢铁工业的节能减排也意义深远。

基于高效、低成本洁净钢的生产需求和当前炉外处理工艺存在的问题，开展了钢包底喷粉钢水精炼新工艺及装备技术研究，揭示了钢包底喷粉过程的钢水渗漏机理、粉剂堵塞机理、多相流传输行为及精炼反应动力学，开发了新型喷吹装置及自动化控制系统，开展了钢包底喷粉新工艺试验研究，探明并确立了各工艺参数与喷粉元件工作状态和冶炼效果的内在关系，检验了底喷粉工艺的应用可行性和可靠性，为此新精炼工艺技术的工业化奠定重要的理论和应用基础。主要进展及创新点：1）完成了钢包底喷粉元件设计理论研究，建立了底喷粉元件参数、钢液物理性能及熔池深度之间的关系，提出了预测缝隙安全宽度的模型，建立了缝隙内钢液渗透过程的数学模型，揭示了钢液渗漏速度和渗漏深度随时间变化规律，实验检验了设计理论，从安全性角度提出了缝隙参数确定的理论依据。2）完成了底喷粉元件缝隙内粉气流输送行为研究，建立了描述底喷粉元件内粉气流输送行为的数学模型，揭示了粉粒速度、气流速度与气流密度、颗粒尺寸等间的定量关系，揭示了底喷粉元件的磨损规律，解决了喷粉元件工艺的稳定性及其使用寿命适应钢包精炼炉次要求的关键问题。3）研制出了具有防钢液渗漏、防粉剂堵塞、抗粉气流磨损和耐高温侵蚀的钢包底喷粉元件，解决了钢包底喷粉元件实际应用的安全性、稳定性和可靠性等关键技术难题，为新工艺工业应用提供了前提保证。4）突破了超细狭缝元件中粉剂输送的关键工艺技术，开发了钢包底喷粉新型喷吹装置及自动化控制系统，粉剂流量调节准确率达90%以上，实现了超细狭缝元件的精确调节、连续稳定、安全可靠的输送粉剂。 5）完成了钢包底喷粉新工艺精炼动力学研究，提出了渣-气-粉-钢液多界面多组分同时反应模型，并考虑了粉剂传输和硫饱和度的影响，结合实验验证，揭示了各工艺参数对喷粉元件工作状态和冶炼效果的影响规律，结果表明80t钢包中喷吹1.5kg/t精炼粉剂，钢液脱硫率达85.8%，为新工艺的工业应用提供理论支撑。6）完成了钢包底喷粉热态试验研究，完善了喷粉元件设计和工艺控制系统，检验了底喷粉工艺的应用可行性和可靠性，解决此新工艺应用的效率与效果问题。. 已发表学术论文23篇，其中SCI 收录13篇，包括发表在冶金领域顶级期刊MMTB、ISIJ International上10篇，申请并公开的国家发明专利8项（授权7项）。培养博士生5人（毕业3人），硕士生8人（毕业6人）。