3研究技术路线与实施方案
L-BPI新工艺技术研究开发将涉及现代冶金学、冶金反应工程学、多相流体力学、数值仿真等多学科方面的理论知识，需要实验室实验研究（高温热态模拟和冷态模拟实验）、实验室理论分析（理论解析和数值模拟）与现场试验的有机结合开展相关关键技术的研究与开发，即利用多相流理论，建立描述粉气流在喷粉元件内的运动规律的理论模型，通过理论计算揭示粉粒速度、气流速度与气流密度、颗粒尺寸、气体黏度等的定量关系；利用界面理论和物理模拟并结合高温热态实验，研究钢液渗漏和粉剂堵塞机理，研究设计底喷粉元件；通过冷态和热态实验，研制具有抗粉气流磨损和耐高温侵蚀的喷粉元件；通过冷态和热态实验、数学模拟并结合现场，研究底喷粉过程鼓泡流和射流的行为机理，钢包底喷粉精炼动力学和应用可行性。3.1开展防钢液渗漏和粉剂堵塞的设计理论、底喷粉元件内粉气流行为、底喷粉元件磨损与高温侵蚀机理等方面的研究工L-BPI工艺成功的关键是底喷粉元件的研制。对于钢包底喷粉元件设计理论的研究，需要结合钢包精炼的实际工作环境和条件，利用物理学和力学理论，建立底喷粉元件的重要参数与钢液物理性能及钢包熔池工作条件之间的关系，从安全性角度提出缝隙参数确定的理论依据，并根据喷粉元件的透气量、粉剂输送速度、粉气比最终确定喷粉元件的缝隙参数。在此基础上对喷粉元件缝隙的分布进行研究，以设计出穿透深度较大、射流能力强、温度分布均匀、无热应力集中、不因聚合而产生大气泡和粉剂结团的缝隙布局。利用粉体运动理论，对喷粉元件的结构进行研究，以达到缓冲粉体颗粒，降低阻力损失，防止粉剂沉降回落阻塞的目的。对底喷粉元件设计的理论研究结果，通过冷喷实验和感应炉热态实验，验证底喷粉元件的设计理论，检验根据设计理论制作喷粉元件的安全性、可操作性和喷吹效果。对于粉气流在钢包底喷粉元件内运动行为规律的研究，利用多相流理论，通过受力分析建立粉气流在喷粉元件中运动的理论模型，对粉气流在喷粉元件内的运动规律作出描述，揭示粉粒速度、气流速度与气流密度、颗粒尺寸、气体黏度等的定量关系，揭示粉气流行为与喷粉元件内缝隙尺寸之间的内在关系。并利用实验检测检验理论模型的准确性，分析底喷粉元件工作过程压力损失和磨蚀情况，完善修正喷粉元件的结构。对于钢包底喷粉元件磨损与高温侵蚀机理的研究，首先在冷态条件下，选择不同材质的喷粉元件进行喷粉实验，同时变化喷吹参数和时间，通过对喷粉元件工作前后的重量、缝隙尺寸的定量分析，研究粉气流行为对不同材质喷粉元件磨损的影响规律；利用感应炉模拟实际钢包底喷粉过程，通过观测喷粉元件工作前后的形状和内部结构的变化，考察喷粉元件在实际高温工作环境条件下承受热冲击、钢水搅拌冲刷蚀损以及高温熔渣侵蚀的能力，掌握其材质、性能、使用条件或环境对其工作状态的影响规律。通过对钢包底喷粉元件设计理论研究、冷态热态实验检验、粉气流在喷粉元件内运动行为的理论实验研究和喷粉元件结构完善、以及喷粉元件磨损与高温侵蚀机理的实验研究，最终在实验室条件下研制出具有防钢液渗漏和粉剂堵塞、抗粉气流磨损和耐高温侵蚀的钢包底喷粉元件。3.2对钢包底喷粉射流行为和精炼动力学等开展研究工作L-BPI工艺应用的关键是其效果与效率，为此需要对钢包底喷粉射流行为和精炼动力学等方面开展研究工作。对于钢包底喷粉射流行为的研究，首先根据相似理论建立钢包底喷粉的物理模拟系统，测定底喷粉过程中粉剂的穿透比，研究颗粒粉剂粒度、固气比、缝隙几何参数、载气操作参数、钢包参数等对粉剂的穿透比的影响规律，同时采用高速摄像、均混时间测定等手段，揭示气粉流和粉粒在钢液中的运动行为以及喷粉元件参数、喷粉操作参数的影响规律。对钢包底喷粉精炼动力学的研究，首先进行实验室条件下的热态实施，选择一定容量的感应炉模拟钢包，选择石灰粉剂，通过专门设计制作具有较好计量和控制功能的喷粉装备，将粉剂通过自行研制的喷粉元件喷入炉内，每间隔一定时间取出钢样，通过分析钢样中硫的变化以及冶金热力学和动力学理论，研究底喷粉脱硫动力学，揭示底喷粉参数、元件结构参数与脱硫效率之间的内在关系。同时，利用多相流、流体力学、反应工程学的理论知识，在物理模拟和热态研究工作的基础上，建立描述钢包底喷粉熔池内多相流和精炼脱硫过程的数学模型，采用现代数值求解方法和理论，采用商用软件与自编计算程序结合的方法，对此过程的气泡行为、粉粒行为、钢液流场、硫的变化及分布进行数值仿真，用物理模拟和热态实验的结果对数值模拟结果的准确性进行验证，在模型得到检验和完善的基础上，考察喷粉元件、喷吹参数对熔池内传输行为及精炼效果的影响规律，从而为此工艺的现场试验及应用提供指导和奠定理论基础3.3开展中间规模的现场试验工作和应用试验工L-BPI工艺应用和推广的技术保障是其可靠性与应用可行性，为此，需要开展中间规模的现场试验工作和应用试验工作。在实验室理论与实验研究的基础上，设计制作底喷粉元件和喷粉装置，确定喷吹参数，选择5-20t的钢包进行中间规模的试验，首先重点考察工业条件下所研制钢包底喷粉元件的工作状态（防渗漏性、防堵塞性和耐磨损及侵蚀能力），其次考察底喷粉的效果、喷粉工艺参数对喷粉元件工作状态及效果的影响规律，为后续的工业试验积累数据和经验。在此基础上，对底喷粉元件和喷吹参数进行进一步完善，设计制作适合40-120t钢包底喷粉的元件和喷粉装置，确定相应的喷吹参数，选择国内厂家进行生产规模的钢包底喷粉应用试验，继续考察喷粉元件的工作状态、底喷粉的效果与效率，研究探讨此新工艺工业应用的可能性和可操作性，为工业化应用奠定基础和提供技术保证4研究计划L-BPI工艺技术研究开发在原工作的基础上，计划再用4年时间完成全部工作，具体计划包括：◆2014年：开发钢包底喷粉精炼喷吹工艺、完善喷吹元件，提出符合高效精炼要求的钢包底喷粉喷吹工艺参数，研制出性能完备的底喷粉元件。◆2015年：钢包底喷粉精炼新工艺中间规模工业试验和工艺完善，成功完成钢包底喷粉精炼新工艺中间规模工业试验。◆2016年：钢包底喷粉精炼新工艺工业规模试验和工艺完善及应用，成功实施钢包底喷粉精炼新工艺工业规模试验、完善工艺应用。◆2017年：钢包底喷粉新工艺行业推广应用，在2家以上企业得到应用，进一步检验应用效果。5预期效果L-BPI工艺属于国际首创的新一代钢包喷射冶金技术。该工艺的成功开发及应用，不仅给钢铁行业提供一项新的精炼技术，改变我国在精炼工艺方面长期以来依赖引进、跟踪、模仿而无原创性技术的局面，而且对钢铁生产流程的变革和节能减排的影响深远。首先体现在缩短流程方面，L-BPI工艺的高效化和多功能化，不仅可以不用铁水预脱硫而实现低硫钢和超低硫钢的生产，而且为取消LF炉精炼处理开辟了一条新途径，从而大幅度提升生产效率。保守估计，L-BPI工艺的应用可以缩短冶炼周期15-25min、降低吨钢成本15-20元、吨钢节能2.5-4.5千克标准煤，对于千万吨级的企业年增效益在2亿元以上。如BPI与RH结合形成RH-BPI工艺（见图2），其发展潜力巨大，将对高端产品的高效化、低成本生产产生极其重要备注：2011 钢铁共性技术协同创新中心由北京科技大学与东北大学两所核心协同单位，以及国内主要钢铁行业科研院校、企业等共同组建。目前，该中心已正式通过国家认定。该中心由关键共性工艺与装备研发平台和重大工程高端产品开发平台组成。其中，关键共性工艺与装备研发平台由东北大学RAL 为主体，协同东北大学材料与冶金学院、北京科技大学、中国钢研科技集团、上海大学、武汉科技大学、宝钢、鞍钢、首钢、武钢等单位组建而成。该平台的任务是研发冶、铸、轧等工序的新工艺、新技术、新装备，实现“钢铁绿色制造”。 (来源：钢铁产业) 



备注：数据仅供参考，不作为投资依据。