【正文】 力則等于鋼水靜壓力與真空室壓力之和。在沿上升腿上浮過(guò)程中，氣體除了被鋼水加熱（考慮1400176。C）而膨脹外，壓力降低使其膨脹更為顯著。而實(shí)驗(yàn)室冷態(tài)模擬條件下，提升氣 第 24 頁(yè)體上浮過(guò)程總中的膨脹為低溫膨脹，吹氣點(diǎn)到真空室液面的壓力變化也比實(shí)際RH處理過(guò)程小許多。因此，式（）中標(biāo)態(tài)氣量轉(zhuǎn)換必須考慮兩個(gè)體系中提升氣體上浮過(guò)程時(shí)溫度和壓力的影響。采用提升氣體對(duì)鋼液做功相似的原則，用提升氣體在上浮過(guò)程中對(duì)鋼液實(shí)際做功的當(dāng)量氣量所對(duì)應(yīng)的參數(shù)( ， )來(lái)代替公式（）中的P、T進(jìn)行修正。氣體進(jìn)入鋼水后所做的功包括五部分:氫氣在出口附近因溫度升高而引起的膨脹功 ；氫氣在上升1W過(guò)程中因鋼水靜壓力變化而引起的膨脹功 ；浮力功 ；氬氣吹入時(shí)的動(dòng)能 ；氬氣2W3 4從出口前壓力降到出口處壓力P 1時(shí)的膨脹功 ，其中浮力功占總功90%以上，因此這5里只考慮提升氣體的浮力功。提升氣體上升過(guò)程中的浮力功（ ）為：b （）0hlgWVd?????式中 h 為氣體所處的位置到吹氣孔處的距離。取 P、P P 2分別為 h 處氣體所受的壓力、氣體出孔處所受的壓力和真空室壓力，則有： （）20()lPgHh????? （）1l而 ld?所以， 10hPblnRTnRTWghd????????而 20l()hblgVd??令 1nHlRTP????則 （()lg??）又由氣體狀態(tài)方程可得： gPVnRT???（） 第 25 頁(yè)式（）/（）得： （）012ln()lgHP??? （）012l()?則 （）01239。39。39。39。 ln()lHPP???又 （）039。? 將式（）、（）帶入式（）中，并用 代替 T 得： （）??60120 39。ln39。39。139。39。 glg PQ????????????式中：、 —分別為原型和模型中提升氣體由吹氣孔被加熱后的溫度；39。T39。、 —分別為采用參數(shù)（ 、 ）修正后的 RH 原型和模型中標(biāo)態(tài)提升氣039。gQ039。g PT量。在本實(shí)驗(yàn)中采用空氣壓縮機(jī)壓縮的空氣作為提升氣體的來(lái)源，氣體的流量用轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)控制的。原型氣量、轉(zhuǎn)子流量計(jì)所指示的表流量及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體流量之間仍需要換算換算、其關(guān)系式為: ，m 3h1 （） ，m 3h1 （）即： （）式中 P 表 —為流量表顯示壓力（壓力，atm5本實(shí)驗(yàn)中 T0=T 表 、ρ 空 0=ρg0，因此： 第 26 頁(yè)= ，Nm 3h1 （）g0Q39。?或 ，m 3h1 （）此式為實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)所讀出的氣量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣量的換算關(guān)系式：本實(shí)驗(yàn)中， ， 176。C， 176。C， Kgm314??39。20lT39。140l?Kgm3， =m3， =m3當(dāng) 、= 時(shí)： （）620 39。39。49975Q???????????????即 ，Nm 3h10039。.8439。又 ，m 3h1 （） ，m 3h1 （）即 （）K 值與 的關(guān)系式為： ，式中 為原型真空室壓力，239。p??39。???239。Pmbar。由此得到 K 與 的對(duì)應(yīng)關(guān)系 [20,2627]，如表 ：239。表 K 與真空室壓力的關(guān)系 第 27 頁(yè)，mbar2p39。 1 5 10 50 100K （2）模擬真空度的選定原型真空度和模擬真空度的計(jì)算如下： （）039。39。ghP??? （）39。39。式中： 、 —分別是模型中 NaCl 溶液和原型中鋼液的密度；39。?39。 、 —分別是模型和原型中真空室內(nèi)液面距鋼包液面的高度；h 、 —分別是模型和原型中真空室內(nèi)的壓力；39。P39。 —標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。0由幾何相似可以得到 ，將 Kgm3， Kgm3 帶入式39。/14h?39。10??39。70??（）得： （）039。39。 39。170428Pgh????再由式（）得： ， ，式中 、 分別是模139。39。28??039。 39。28P??39。39。P?型是原型的真空度。真空度不是本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，故只需把當(dāng) Pa， Kgm3，013539。10??Kgm3 時(shí)，帶入式（）及相似比算出模型和原型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系就可39。70??以了 [2021,2628]，其中原型真空室內(nèi)壓力 500Pa，那么模型和原型真空度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示：表 模型和原型真空度對(duì)應(yīng)表原型 RH 參數(shù) 模型 RH 參數(shù)P’真 ，mbar P’真 ，Pa?h’鋼 ，m P’’真 ，Pa P’’真 ，Pa?h’’水 ，m 第 28 頁(yè) 100825 97725 3600 （3）模擬浸入深度的選定浸入深度是影響夾雜物去除效果的一個(gè)非常重要的因素。模型和原型的比利是1:4，根據(jù)相似原理，模型中的浸入深度就是原型中的四分之一 [2729]，例如原型是600mm，那么模型就是 150mm。（4）模擬加入量的選定夾雜物與氣泡發(fā)生碰撞的可能性稱之為碰撞概率（P C），由于滑動(dòng)而發(fā)生粘附的可能性稱為粘附概率（P A），P D表示發(fā)生粘附后又脫附的概率，氣泡與夾雜物間的粘附總概率 P 用下式表達(dá)： （）(1)CADP???為了能更準(zhǔn)確描述氣泡—夾雜物聚合體的上浮過(guò)程，必須考慮氣泡與顆粒間發(fā)生脫附的概率 PD，但對(duì)于尺寸很小的顆粒來(lái)說(shuō)，其與氣泡間的脫附概率可以不加考慮，即PD=0，所以上式可簡(jiǎn)化為： （）CAP??水模實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)固體顆粒與液體的接觸角大于 90。時(shí)，幾乎所有到達(dá)氣泡表面的固相顆粒都能被氣泡俘獲．而且與接觸角的大小無(wú)關(guān)。鋼液中常見(jiàn)的脫氧產(chǎn)物A12O3 和 SiO2 與鋼液的接觸角分別是 144176。和 115176。，因此，對(duì)于 A12O3 和 SiO2 這樣的夾雜物是很容易粘附在氣泡上。其去除效率僅決定于夾雜物與氣泡的碰撞概率 PC。對(duì)于氣泡周圍的速度分布Yoon、Weber和Schulze 等人進(jìn)行了簡(jiǎn)化研究，其中Yoon開(kāi)發(fā)的模型相對(duì)來(lái)說(shuō)更合理，而且將夾雜物顆粒與氣泡之間的相對(duì)速度考慮在內(nèi)，導(dǎo)出了碰撞概率為：， （）????39。339。39。215139。CDP ????????????? ?PBD? （）39。?? （）39。32式中， 和 分別是夾雜物顆粒和氣泡的運(yùn)動(dòng)速度。P?B 第 29 頁(yè)對(duì)于 RH 水模實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，原型下降管中鋼液的最小流速為 s1，故下降管中的 Re 為： （）39。D???????此值大于第二自?；瘏^(qū)的臨界值，則原型下降管中鋼液的流動(dòng)處在第二自?；瘏^(qū)。湍流保證模型與原型的現(xiàn)象相似，又需保證模型與原型的 Fr 相等，模型按 1/4 的比利縮小，則： （）002239。39。llggHu????則 （）39。1g從而模型中下降管的流速為：ms1 （）39。39。???則模型下降管的 （）4639。.??? ??故模型的 Re 也大于第二臨界值，處于第二自?；瘏^(qū)，模型與原型同處第二自?；瘏^(qū)，所以本實(shí)驗(yàn)不比考慮 Re。并且 P 主要取決于 PC，模型和原型的轉(zhuǎn)換中值與 Re 有關(guān)。原型中 ； 代入（） ，得：39。??39。32PBD? （）?????? 39。 ? ????? ?? ???? ?模型中 ； 代入（） ，得：39。??39。8PBD? （）?????39。8 ? ????? ?? ???? ?模型中的 NaHCO3 和原型中的 CaCO3，在生成 CO2 方面考慮都是一個(gè)分子中有一個(gè) C 原子，產(chǎn)生 CO2 的比例都是 1:1，在各自的反應(yīng)情況下，在分解率上兩者也是相 第 30 頁(yè)差不多，因此就可以根據(jù)幾何相似比 λ=1/4 和碰撞概率來(lái)建立模型和原型的關(guān)系，向模型中投入 NaHCO3 物質(zhì)的量 是向原型中投入 CaCO3 物質(zhì)的量 [15,22,3032]：39。n39。n （）39。139。39。CP?????????（5）模擬時(shí)間的的選定RH 精煉的處理在 30min 之內(nèi)就基本全部完成，原型中的處理時(shí)間就是 30min，處理時(shí)間不是本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，因此模型中的處理時(shí)間也選擇 30min[19,21,33]。（6）模擬夾雜物含量的選定根據(jù)鋼水到達(dá) RH 精煉時(shí)夾雜物的含量，本實(shí)驗(yàn)選擇了向里加入 200g 的模擬夾雜物聚丙烯，這個(gè)加入量和模擬鋼包中的 NaCl 溶液形成的模擬鋼液是非常接近實(shí)際的[8,3437]。 實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)的總體步驟是：向鋼包內(nèi)加滿密度略大于夾雜的NaCl溶液，加入模擬夾雜物，將夾雜物在NaCl溶液中攪勻，上升腿和下降腿浸入鋼包水中，打開(kāi)真空泵，供上升腿中的提升氣體，整個(gè)RH工作正常后，開(kāi)始計(jì)時(shí)并記數(shù)據(jù) [20,27]。去除率的計(jì)算公式就是： （）10%mM???式中：m去除夾雜物的質(zhì)量； M投入夾雜物的總質(zhì)量。 提升氣量對(duì)夾雜物去除率影響的實(shí)驗(yàn)為了研究提升氣量對(duì)夾雜物去除率的影響，選擇了 10 個(gè)提升氣量值來(lái)進(jìn)行研究。 第 31 頁(yè)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)是處理時(shí)間是 30min，浸入深度是 125mm，真空度是 3600Pa，夾雜物加入質(zhì)量是 200g。為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)每個(gè)提升氣量值測(cè)三次，然后取平均值來(lái)進(jìn)行夾雜物去除率的計(jì)算 [20,27,33]。模擬提升氣量和原型中的提升氣量對(duì)應(yīng)表如 ： 表 模擬氣量和實(shí)際氣量對(duì)應(yīng)表提升氣量模型/m 3h1 原型/Nm 3h1 70 75 80 84 88 92 96 102 106 110 浸入深度對(duì)夾雜物去除率影響的實(shí)驗(yàn)為了研究浸入深度對(duì)夾雜物去除率的影響，選擇了 5 個(gè)浸入深度值來(lái)進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)中的提升氣量值是根據(jù)在之前做的提升氣量對(duì)夾雜物去除率的影響實(shí)驗(yàn)得到的提升氣量最佳值 mh1，實(shí)驗(yàn)的其他參數(shù)是處理時(shí)間是 30min，真空度是 3600Pa，夾雜物加入質(zhì)量是 200g，為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)每個(gè)提升氣量值測(cè)三次，然后取平均值來(lái)進(jìn)行夾雜物去除率的計(jì)算 [20,27,3738]。模擬浸入深度和原型中的浸入深度對(duì)應(yīng)表如： 第 32 頁(yè)表 模型和原型浸入深度對(duì)應(yīng)表浸入深度/mm模型 原型75 300100 400