钢包主要用于对初炼炉(电弧炉、转炉)所炼钢水进行炉外精炼,调节钢水成分与温度,是满足连铸、模铸的重要冶金设备[1-3]。钢水从出炉后至浇铸结束,都盛装在钢包内,钢水通过钢包壁及其顶部覆盖渣进行热量的传递,并最终传递到外界环境中,因此钢包在生产周转过程中的传热直接影响着盛钢和出钢过程中钢水的温度变化。而钢水温度的变化对于炉外精炼过程、浇注生产过程和最终产品的质量有着很大的影响。

钢包底吹氩是一种经济适用且简单易行的精炼方法,其目的是使钢液成分和温度混合均匀,同时还可以去除钢液内部的夹杂物等[4]。采用合理工艺参数的底吹氩精炼能有效改善钢渣反应及混匀动力学条件,均匀钢水成分和温度,降低钢液中非金属夹杂物含量,改善钢液质量。鉴于钢包底吹氩操作的复杂性及高温特征,在研究中通常用水模型试验或数值模拟的方法。宝钢特钢有限公司40 t炼钢产线在生产模铸高端轴承钢的过程中,采用钢包底吹氩精炼,因生产过程中未能够形成最佳的钢包底吹氩搅拌制度,使得模铸高端轴承钢氧含量较高,与国内外高端轴承钢水平相比有一定差距。

为此,通过采用水模型试验研究方法,以40 t双透气砖钢包为原型,基于相似原理建立模型与原型尺寸比为1∶2的钢包底吹氩物理模拟系统,结合现有生产工艺条件,采用狭缝式双透气砖进行吹气,用“刺激—响应”试验方法测定钢包混匀时间,模拟钢包搅拌过程,深入分析透气砖位置、吹气量等因素对钢包搅拌效率的影响,以便优化生产制造工艺,提高高端轴承钢质量。

1 钢包底吹氩物理模拟

1.1 试验原理

本文基于相似原理,主要考虑几何相似、动力学相似[5]开展水模对比试验。通过对钢包底吹氩过程进行物理模拟,得到合理的吹氩搅拌制度,促进非金属夹杂物的上浮和去除,以满足高纯净钢的要求。

1.1.1 几何相似

几何相似考虑的是模型与原型主要尺寸的相似。一般研究钢水炉外精炼过程的水模型尺寸小于原型尺寸,当然尺寸比越接近于1∶1更接近于真实情况,考虑到成本和实验室实际情况,本试验以钢厂VD炉精炼装置为原型,采用1∶2的几何相似比来制作模型,并根据钢包实际情况,双透气砖的夹角为165°固定不变,模型和原型的主要参数详见表1。

表1 40 t钢包主要参数 Table 1 Main parameters for 40 t ladle mm

项目钢包深度顶部内径底部内径钢水深度原型33102059．017922098模型16551029．58961049

1.1.2 动力相似

钢包内钢液的流动为气泡浮力和钢液本身的重力双重作用的结果,可以视为黏性不可压缩流动。故在用模型模拟实际钢包内钢水流动情况时,只需要保证模型和原型的几何相似和液体流动的动力学相似即可。

修正弗劳德数(Fr′):

(1)

由于40 t钢包为双透气砖钢包,氩气由总氩气管道接入,之后分两路支路进入两个透气砖中,因此对比试验中分别考虑了支路流量1∶1与1∶3两种情况。首先通过对比支路流量相同条件下的最佳混匀时间,找到最佳透气砖布置位置,之后再考虑透气砖在最佳位置,并研究不同支路氩气流量的最佳混匀时间,以利于现场实际应用。

新能源应用方面，德国作为老牌汽车工业大国在开发新能源汽车上技术一直走在世界前沿。为了不受制于人我国近十年间在新能源汽车领域投入了大量精力并取得了初步成果。市场上新能源汽车投放量不断增高，国家也相继推出了鼓励和保护政策。未来新能源汽车在数量上只会有增无减，各国在技术上的竞争会越来越激烈。

(2)

式中:Q为气体的体积流量,m3/h;d为喷嘴直径,m。

小区前面是一条八车道的宽阔马路，出小区左拐数十米，便是一个交叉路口。或乘车，或步行，都要经过那里的红绿灯。直行的绿灯，亮着，60秒后，切换为红灯；左拐的绿灯亮起，30秒，然后切换。然后是交叉方向飘绿通行。然后又是直行的绿灯亮起，交替轮流，变换不息。

(3)

在满足几何相似的条件下,只需要保证动力相似,即保证修正弗鲁德数相等,Frm=Frp。

由式(3)可以得出:

将式(2)代入式(1)得:

图1和图2分别为水模型实物装置图和试验装置示意图。

最初出现在陶瓷上的工笔花鸟画只是纯粹的图案，这些图案往往被赋予了许多吉祥的寓意，诸如牡丹象征富贵，莲花象征高洁，石榴寓意多子多福。画者们将自己的感情融入作品之中，我们常常将这种做法称之为“寓情于景”或是“借物抒情”。但是无论是哪种说法，它们都是为了营造整个画面的意境美感。

得出模型气体体积流量与原型气体体积流量关系式:

考虑到钢厂实际操作情况下记录的只是两透气砖吹氩的总流量,并不能确定出每个支路的吹气流量是否完全一样,为此,在实际物理模拟试验中,对最优位置(钢厂现有位置)0.70R-0.70R吹气支路不同流量比的混匀时间进行了测定,结果如图5。

(4)

式中:m为模型;p为原型;g为气体;l为液体。

在钢厂实际生产中,室温下的氩气瞬间进入1 600 ℃的钢水中,会有热胀冷缩效应,因此应该考虑氩气进入钢液中吹气量瞬间会增大的过程。根据气体状态方程:

（3）发展农业休闲观光产业，农旅融合，特色鲜明，发展钓鱼文化、农家乐文化、素质拓展活动、少数民族文化园，进行文化推广。

(5)

可以推出:

该水源地作为城市的备用水源地，流域范围较大，位于城市建成区下游，降雨径流产生的面源污染对水源水质造成较为严重的威胁。针对以上问题，提出该水源地的近远期水质保障措施及水厂运行管理建议。

(6)

在本课题模拟中有:

(7)

最终得到室温(20 ℃)下模型的吹气流量Qm与钢厂环境温度(30 ℃)下原型的吹气流量Qp 的关系如下:

近年来，随着经济的不断发展和社会的不断进步，人们对客滚船的安全性、稳定性、快速性、舒适性、豪华性和装载车辆大型化提出了更高的要求。目前，国际客滚船运输主要集中在欧洲的波罗的海、北海、地中海地区、日本列岛之间及美国沿海地区。我国的客滚船运输已形成以渤海湾为中心的渤海湾客滚运输市场，随着亚洲区域旅游日益活跃和中韩自贸区建设的推进，将进一步推动中韩航线客货运事业的发展。

(1) 低吹气流量下不同位置的混匀时间。

(8)

式中各项的数据如表2所示。

表2 模型和原型的计算参数 Table 2 Main parameters for model and prototype

项目数值20℃空气密度/(kg·m-3)1．20520℃水密度/(kg·m-3)9981600℃氩气密度/(kg·m-3)1．62281600℃钢液密度/(kg·m-3)6900模型喷嘴内径/mm8原型喷嘴内径/mm16模型熔池深度/mm1049原型熔池深度/mm2098

试验中原型和模型对应的气体体积流量关系如表3所示。

表3 模型与原型气体体积流量 Table 3 Gas flow rate in model and prototype L/min

项目数值Qm20．024．028．032．036．040．044．048．052．056．0Qp41．549．858．166．474．783．091．299．5107．8116．1

1.2 试验装置与方法

0.078 02Qp (1 600 ℃)

阳极氧化工艺是一种应用广泛的表面处理技术。铝及其合金的阳极氧化膜因具有一系列优越的性能，故被誉为“万能”的表面保护膜[1]。当前阳极氧化均在氧化槽体内进行，且阴极板多布局在槽体四周，对工件封闭的内腔进行阳极氧化是行业内公认的难点。这是因为当工件接通电源正极后，电流优先分布在与阴极板正对的工件外表面，并通过槽内的电解液与阴极形成闭合回路，所以外壁优先被氧化，封闭的内腔一般不会有电流通过，难以实现氧化。随着近几年阳极氧化工艺的推广应用，人们开始通过在内腔中植入阴极板以改变电流的分布，从而实现内腔的阳极氧化和电解着色[2]。

图1 水模型实物装置图 Fig.1 Water model diagram of the equipment

图2 水模型试验装置示意图 Fig.2 Schematic diagram of the water model

试验时,将示踪剂加入的时刻作为0时刻,以电导电极测量值基本保持不变的时刻作为混匀时刻。在试验中,为了试验记录的精确性,以加入时刻开始计时,并同时参考电导率变化和温度采集卡采集到的温度进行统计混匀时间。每组试验重复进行3次,取平均值。

混匀时间目前普遍采用一种叫“刺激—响应”的试验技术来测定,即向熔池中快速加入一定数量的示踪剂,同时检测熔池中某一特性以反映熔池的混匀情况。本试验在测定混匀时间前,先让一定量的空气搅拌熔池5 min以保证熔池中流动的稳定性。然后在中心加料口位置快速倒入200 mL NaCl溶液,将一个测定电导率的探头固定在包壁(距离透气砖最远处),放置在离包底10 mm处,以此来检测饱和NaCl溶液加到溶池后电导率变化情况,在屏幕上显示其变化的曲线。对各试验条件下混匀时间的测定重复3次,取其平均值作为最终的试验结果,以保证试验的准确性。

2 分析及讨论

2.1 水模拟试验中钢包内的混合特性试验结果分析

式中:ρg和ρ1分别为液体和气体的密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2;H为特征长度,即熔池深度,m;v为特征速度,m/s。

Qm (20 ℃)=0.482 2Qp (30 ℃)

在冬季施工时要保证施工质量，控制施工成本，保证施工效率。由于冬季施工环境较为恶劣，要加强对施工人员的专业能力培训，确保正确操作和应急处理。要避免施工事故，最好选择在白天时段进行施工，密切注意天气变化，调整原料选择，保证水泥混合物的稳定性[5]。在运输水泥碎石稳定混合物时，要做好运输车辆的防滑措施，避免对施工进度造成影响。

图3为双透气砖两个支路氩气流量相等,且采用低吹气流量下不同位置的混匀时间对比图。由图3可得以下试验规律:①随着吹气流量的增加,不同位置下钢包的混匀时间呈现递减的趋势;②在相同吹气流量条件下,距离包底中心位置越远,钢包的混匀时间越短;③根据试验结果,在考虑混匀时间的情况下,合理的吹氩位置为0.70R-0.70R。

图3 低吹气流量下的混匀时间 Fig.3 Mixing time with lower gas flow rate

在底吹氩搅拌过程中,两透气砖间距越近,气液两相区相邻的流股之间的干扰作用越大,能量损失越大;相反,两透气砖间距越远,则流股之间的干扰作用越小,能量损失也越小;达到一定程度后,虽然干扰作用已经很小,但仍会在钢包底部形成范围较大的弱势区。另外,两透气砖间距也不能无限远,因为此时透气砖与钢包壁之间的距离太近,容易对包衬造成严重冲刷,将降低钢包包衬的寿命[6]。

(2) 最优位置下的混匀时间。

根据低吹气流量不同位置的混匀时间,确定了最优位置为0.70R-0.70R,这个位置与钢厂现有吹气位置基本一致。在最优位置(钢厂现有位置)对不同流量下的混匀时间进行了测定,结果如图4所示。

语文学科是综合性很强的学科。依托语文教材，高效整合语文资源，体现一个教师教学水平和教学能力，直接影响教学的效果。教师应正确领会课标精神，遵照课标要求，利用语文教材，合理取材，整合课内外资源，运用多种教学方法实现教学的高效整合，发展学生语文素养，提高课堂教学效率。

由图4可知,随着供气流量的增加,混匀时间逐渐降低,当供气流量达到一定值后,再增加供气流量,混匀时间反而增加。吹气流量模型为28～56 L/min之间,对应的原型吹气流量为58.1～107.8 L/min之间,混匀时间短,在模型为36 L/min,原型为74.7 L/min处混匀时间最短。

图4 0.70R-0.70R不同吹气流量下的混匀时间 Fig.4 Mixing time with different gas flow rate at 0.70R-0.70R

(3) 0.70R-0.70R支路不同流量比的混匀时间。

Qm (20 ℃)=0.078 02Qp (1 600 ℃)

图5 0.70R-0.70R支路不同流量比混匀时间与模型流量关系 Fig.5 Mixing time with different branch gas flow rate at 0.70R-0.70R

从图5中可以看出,在总的吹气流量相同条件下,支路流量比1∶3的混匀时间总体上的趋势比支路流量比1∶1的长。这是因为两支路流量相差很大时,虽然总的流量一样,但一边吹气流量大的透气砖大部分能量将消耗于液面的隆起和翻动,同时,随着气泡从液面逸出,也带走了一部分能量。

2.2 工业试验

钢厂模铸轴承钢的生产流程为:40 t电炉→LF炉精炼→VD抽气→模铸浇注→开坯轧制。

炼钢厂前期采用的脱氧制度如下:

(1) 出钢氧位控制在0.1%以内;

(2) LF炉确保炉渣流动性良好和渣色变白;

观察实施分层护理管理模式前后1年的基础护理合格率、病房管理合格率、专业考核合格率、护理不良事件发生率及患者满意度。其中患者满意度采用调查问卷的方式评价，实施分层护理管理模式前后分别选取100例住院患者作为调查对象，调查内容包括护理人员沟通能力、服务态度、操作水平、健康教育方式方法、心理干预，每项20分，满分100分，81～100分为非常满意、60～80分为基本满意、0～59分为不满意。满意度 =（非常满意+基本满意）/总例数×100%。

计算得出每一年的评价等级矩阵Z，即Z=［z1，z2，…，zs］。然后根据最大隶属度原理求出最终的评价结果。

(3) VD真空时间大于15 min。

喘息性支气管炎是当前儿科常见的呼吸道急症之一,广泛研究显示,该病起病是由病毒感染导致,导致支气管黏膜肿胀、发炎及充血,损伤内膜纤毛细胞,最终致使患儿出现缺氧、酸中毒,形成全身的恶性循环[3]。布地奈德作为第二代肾上腺皮质激素,是当前唯一可以用于雾化吸入的糖皮质激素,该药物具有局部抗炎效果好,吸入后能够有效抑制气道的高反应性,抑制腺体分泌,修复气道,缓解喘憋等不良现象[4]。氧气雾化吸入疗法是目前常用的治疗呼吸系统疾病的方法之一,可选择的治疗药物也越来越多,主要是由于其药物作用直接、起效快、用药剂量小且全身不良反应小,因此被广泛应用于治疗小儿支气管炎,对患儿的治疗效果及预后有显著提高[5]。

钢厂结合水模试验结果,主要在以下方面做了优化改进:①出钢氧位控制到0.05%以下,碳的质量分数达到0.1%以上;②要求LF工位15 min内白渣,用Si-C-Al扩散脱氧,炉渣碱度4.0左右;③进VD前钢中的溶解氧控制到0.001%以下,炉渣碱度控制到3.0以下;④VD真空时间大于15 min,弱搅拌时间大于30 min。模铸浇注采用氩气保护。

图6为模铸轴承钢改进前后阶段的氧的质量分数变化趋势,其中2015年1月之前为实施前的轴承钢氧含量,2016年1月起为实施后氧含量。

图6 不同脱氧制度下氧的质量分数对比 Fig.6 Comparison of the oxygen mass friction with different deoxidation system

由图6可知,脱氧制度的改变使得2015年4月之后轴承钢的总含氧量显著降低。统计数据显示,2015年全年氧的质量分数7×10-4%以下的炉数占比为77.93%,氧的质量分数10×10-4%以下的炉数占比为100%;2016年至今氧的质量分数7×10-4%以下的炉数占比为60.56%,氧的质量分数10×10-4%以下炉数占比为100%。相比2013年、2014年氧含量水平有明显进步。而且经现场应用,全年氧的质量分数7×10-4%以下的炉数占比和氧的质量分数10×10-4%以下的炉数占比达到了钢厂轴承钢的技术指标,如表4所示。

表4 轴承钢现场应用指标完成情况 Table 4 Index achieving status of bearing steel application

技术指标参数现场应用效果轴承钢氧的质量分数平均值≤7．5×10-4%，氧的质量分数7×10-4%以下炉数占比≥60%，氧的质量分数10×10-4%以下炉数占比≥98%2015年和2016年氧的质量分数7×10-4%以下的炉数占比分别为77．93%和60．56%，氧的质量分数10×10-4%以下炉数占比均为100%高端轴承钢成品试样视场内最大夹杂物直径<30μm，确保D类夹杂物评级合格ASPEX分析仪检测样品最大直径<30μm，宝钢特钢有限公司检测D类夹杂物评级合格

3 结论

(1)在相同吹气流量条件下,距离包底中心位置越远,钢包的混匀时间越短,确定出合理的吹气位置为0.70R-0.70R。随着吹气流量的增大,混匀时间逐渐减少,当吹气量达到一定值后,混匀时间反而会增加。模型吹氩流量36 L/min,钢包原型74.7 L/min的吹气量能达到最佳的搅拌效果。

为验证上述分析，本文针对性地进行了大量前期的地铁站台现场测试工作，后期将联合地铁消防支队进行后期测试工作。测试环境覆盖了地铁站台的上下楼梯、拐弯通道、直行通道、进站闸机大厅和列车到站站亭等区域，时间跨越24：00至09：00高峰时段。

(2) 在吹气总的流量相同条件下,支路流量比1∶3的混匀时间总体上的趋势比支路流量比1∶1的长。

(3) 通过优化脱氧制度与底搅拌,并采取保护浇注等措施,可提升轴承钢氧含量水平,其中氧的质量分数7×10-4%以下炉数占比达60%以上,氧的质量分数10×10-4%以下炉数占比达100%,效果显著。

(4) 采用合理的底吹氩技术,可有效降低轴承钢氧含量,提升夹杂物控制水平和产品品质。

参考文献

[1] 冯兵.钢包精炼炉的发展概述[J].甘肃冶金，2009，31(2):58-61.

[2] 徐国兴.我国钢包精炼炉的现状及发展趋势[J].上海金属，2000,22(6):11-14.

[3] 尤嘉庆.我国小型钢包精炼炉的发展现状[J].江西冶金，1999,19(5):15-17.

[4] 周同军,刘军占,罗辉.40 t钢包单透气砖底搅拌流场研究[J].河南冶金，2016,24(5):5-10.

[5] Ilegbusi 0 JSzekely J.A comparison of experimentally measured and theoretically calculated velocity fields in a water model of an argon stirred ladle [J].ISIJ International，1993，33(4):474-478.

[6] 周同军,刘军占,罗辉.40 t钢包渣线侵蚀研究与改进[J].宝钢技术，2016(3):27-31.