连铸结晶器液面波动的模拟

基于Ｆｒ－Ｗｅ相似特征数，通过相似比例为０．６的水模型实验，系统地研究了拉速、浸入深度、吹气量、水口直径和侧孔倾角对结晶器液面波动的影响。结果表明：结晶器液面波动是由于气泡的逸出，流股对液面的直接冲击和驻波综合作用造成的；结晶器液面波随吹气量的增加而增加而增大，拉速、浸入式水口的浸入深度、直径及侧孔倾角对液面波动的影响具有双重性。     

连铸结晶器物理模拟中吹气量的相似转换

依据相似原理,考虑了气液流动之间的相互影响和实际吹氩时的高温膨胀,采用修正弗劳德准数对现场吹氩量和实验吹气量之间进行相似转换,并推导出四种常用的模拟气体与现场吹氩量之间的换算关系.以断面为210mm×900mm的结晶器为原型,采用0.6:1的缩小水模型对现场实际工况条件进行模拟.结果表明,模拟与现场情况能够较好的吻合.当模型水流量为3.80m3·h-1、吹气量为0.93 L·min-1时,气泡在结晶器内分散均匀,气泡逸出不会造成过大液面波动;当水流不变、吹气量增加到2.79L·min-1时,气泡聚集在水口周围上浮,水口周围波动剧烈,渣层出现裸露.模拟现象与现场浇注现象的相似性验证了吹气量相似转换的正确性.     

静磁场下气泡在板坯连铸结晶器内运动行为的物理模拟

以水银和氩气作为模拟介质,通过物理模拟研究了高拉速板坯连铸结晶器内电磁制动和水口吹氩耦合作用下的气泡运动和分布行为.采用电阻探针测量了结晶器内气泡的运动和分布情况,分析了磁场、吹氩量等不同工艺参数对气泡占空比、气泡数量和气泡脉冲宽度的影响规律.实验结果表明:在一定的拉速条件下,施加磁场改变了气泡在结晶器内的分布规律,有利于气泡的上浮,降低了气泡在结晶器内的冲击深度,减少了到达结晶器窄面的气泡数量;磁场的施加和吹氩量的增加都使得脉冲宽度较大的气泡数量增多,且主要集中在结晶器1/4宽度和水口之间区域.     

连铸结晶器内气泡运动行为及影响因素

为了研究连铸结晶内气泡的运动行为及影响因素,采用了改进的数学模型对气泡在钢液内的运动行为进行了模拟.数学模型考虑气泡的弹开、聚合以及破碎行为,分析了不同拉速和浸入深度对气泡分布范围、含气率以及气泡平均直径的影响.研究结果表明:初始直径较小的氩气泡在水口内的运动过程中会发生碰撞聚合,生成大气泡.相同拉速下,气泡的分布范围和含气率随着水口浸入深度的增加而增大,气泡平均直径随浸入深度的增大而减小.相同浸入深度下,气泡的分布范围和含气率随着拉速的增加而增大,气泡平均直径随拉速的增大而减小.拉速对气泡直径的影响大于浸入深度的影响.     

150t RH精炼过程中环流量的水模拟研究

在几何相似比为1:4的水模型上研究了150t RH精炼装置内钢液的流态特性进行分析,着重考察了浸渍管内径、气泡行程、浸渍管插入深度、吹气量和吹气孔个数及分布对环流量的影响.研究表明,RH环流量随浸渍管内径增大而增大.延长气泡行程有利于发挥驱动作用,也有利于脱碳,但有极限值.150t RH精炼装置的合理插入深度应该控制在480 ～ 660mm.吹气量对环流量的影响比较大,存在饱和值,合理增加吹气孔数量和分布可以得到较大的环流量.     

气淬法粒化高炉渣实验研究

为了有效利用高炉渣余热,提高炉渣附加值,采用干式处理方法——气淬法,对高炉渣进行粒化,研究碱度和喷吹气体压力对成珠率、渣珠平均直径和粒径分布的影响规律.结果表明:成珠率随碱度的增加呈先增加后降低的趋势,碱度1.2时获得最高成珠率;渣珠的平均直径随碱度的增加先减小后增大,碱度超过1.2后,平均粒径显著增大;随喷吹压力的增加,成珠率呈先增加后减小之后又增加的趋势,压力为0.2MPa时成珠率最高;渣珠平均直径基本呈逐渐减小趋势并且减小趋势变缓;渣珠粒径集中分布在1~2.5mm之间,基本呈正态分布,分布较均匀.     

泡沫铝发泡过程三维数值模拟

应用计算流体力学方法模拟分析搅拌轴斜置情况下泡沫铝吹气发泡过程.在双流体模型基础上引入多重参考系法描述搅拌三维气液两相流场,考查了桨叶转速、气体流率及初始泡径对流场特性和气泡分布的影响.结果表明气体在叶片区有聚集,并且吸力面高于压力面,液面附近气泡在一定范围内分布较均匀.含气率随叶片转速和气体流率增大而增大,随气泡直径减小而增大.     

倾斜管中低温气液两相流弹状气泡生成位置的实验研究

为研究倾斜管内低温气液两相流中弹状气泡初始生成位置的分布规律,采用高速相机对以液氮为工质的6种竖直倾角和4种内径下的管内弹状流进行了可视化实验,并对管路漏热进行了详细考察.实验结果表明,弹状气泡平均初始生成位置随管径的增大而增大,随倾角的增大先增大后减小;弹状气泡初始生成位置分布的离散程度随倾角增大而增大,在倾角为20°~45°时达到最大值,之后,其分布变为集中;竖直管路内弹状气泡初始生成位置离散程度随管径增加而减小.     

薄板坯连铸工艺因素对结晶器非稳定流场特征参数的影响

利用波高仪和粒子示踪法在1∶1的水力学模型中研究了薄板坯连铸工艺参数对结晶器内非稳定流场特征参数的影响.结果表明:流场特征参数随时间变化具有一定的周期性.随着拉坯速度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高增加;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围增大,周期减小,结晶器内流动不稳定程度增大.随着水口浸入深度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围减小,周期增加,流场不稳定程度减小.随着水口出口角度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;对于较大的水口出口角,尽管结晶器内流场非稳定流动范围较大,但是流场的运动周期较大,液面波动的非稳定程度却较小.     

金属矿山气-水喷头雾化特性及降尘能力实验研究

为分析金属矿山多中段高溜井喷头雾化特性及其降尘效果,建立高溜井喷雾降尘实验平台。采用激光粒径分析仪及喷雾实验设备对新型气-水喷头雾化特性、冲击气流对喷雾捕尘能力影响规律进行研究分析。研究结果表明:气、水流量比是影响新型气-水喷头雾化效果的关键因素;当喷头工作时气、水流量比为100～150时,雾化效果最佳,最佳气压和水压区间分别为[0.4, 0.6] MPa和[0.3, 0.5] MPa,雾滴粒径分布在15～35μm范围内;在最佳气压和水压区间内,雾化角度随气压的增加而增大,随水压先增大后减小,最大雾化角度为40°,调整气压是优化雾化角度的主要手段;溜井卸矿冲击气流对喷雾雾滴粒径影响较大,喷雾捕尘能力与冲击气流速度呈负相关。     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

Physical model of fluid flow characteristics in RH-TOP vacuum refining process

To understand the characteristic of circulation flow rate in 250-t RH-TOP vacuum refining process, the l:4 water model test was established through the bubble behavior and gas holdup in the up-leg to investigate the effects of different processes and equipment parameters on the RH circulation flow rate. With the increases of lifting gas flow rate, lifting bubble travel, and the internal diameter of the up-leg, and the decrease of nozzle diameter, the work done by bubble floatage and the circulation flow rate increase. The expression of circulation flow rate was derived from the regression analysis of experiment data. Meanwhile, the influences of vacuum chamber pressure and nozzle blockage situation on the circulation flow rate were discussed in detail by the bubble behavior and gas holdup in the up-leg. It is necessary to maintain a certain vacuum chamber liquid level in the molten steel circulation flow. Compared with a nozzle with symmetrical blockage in the up-leg, when a nozzle with non-symmetrical blockage is applied, the lifting gas distribution is non-uniform, causing a great effect on the molten steel circulation flow and making the circulation flow drop largely.     

底吹中间包气泡形成过程的数模研究

采用两阶段模型，使用MATLAB语言编程，对中间包气幕挡墙砖中气泡的形成过程进行了数学模拟，研究了影响气泡大小的因素。结果表明：中间包内所形成气泡的大小主要受气体流量、钢液流速和气孔直径的影响。气泡直径随气体流量的增大而增大，随钢水流速的增大而减小，随气孔直径的增大而增长。孔径增大对气泡直径的影响较明显，孔径较小且只在较小范围内波动时，钢液流速和气体流量是主要影响因素。     

加压下气泡在液体中的行为

通过物理实验,研究了容器压力、喷嘴孔径和吹气流量对气泡形貌、直径和上升速度的影响.结果表明,在常压下,大孔径喷嘴形成的气泡呈扁平状,其上升过程形状变化大;而在大的压力下,其形成的气泡呈椭球状,上升过程形状稳定.常压下吹气流量对大孔径产生的气泡等效直径影响较小,在小的喷嘴孔径下,吹气流量能明显增加气泡的等效直径,而压力对改变小气泡等效直径的作用不明显.在低的吹气流量和高的容器压力下,较大孔径的喷嘴也能产生较小的气泡.在大孔径下吹气,压力在0.1~0.2 MPa时,不同的吹气流量下的气泡等效直径相差小;而当压力增加到0.3~0.4 MPa时,不同吹气流量的气泡等效直径差别变大.压力增加,气泡的上升速度降低,且在大的吹气流量下,压力对气泡运动速度的影响更为明显;大孔径喷嘴产生的气泡一般有更大的上升速度.在常压下,气体流量对气泡上升速度起着决定性影响,而加压到0.4 MPa,喷嘴孔径对气泡上升速度起着决定性作用.     

转子转速和气体流量对2524铝合金除气效果的影响

采用水模拟实验和铝熔体除气实验相结合的方法研究了转子转速和惰性气体流量对旋转除气法除气效果的影响及其机理.研究结果表明转子转速和气体流量对除气效果具有重要的影响.随着转子转速的增加,气泡尺寸减小,作用的区域增加,除气速率提高.在一定范围内随着气体流量的增加,气泡数量增加,除气效率提高.但当气体流量过高时,气体在转子与熔体之间产生隔离作用,气泡影响区域减小,除气效果变差.在本研究范围内转速550~690 r/min,惰性气体流量1~3 L/min是合适的工艺参数.     

氧气底吹造锍过程中气泡行为的水模实验

通过底吹炼铜转炉水模型实验,研究底吹造锍转炉中喷嘴数量、喷嘴角度、喷嘴直径、气流速度等因素对转炉熔池气泡大小、气含率及液面喷溅的影响规律.结果表明:喷嘴直径的增大不利于气泡微细化,且加剧了液面喷溅现象;喷嘴角度的增大有利于减小喷溅,但气含率下降;气流速度的增大有利于气泡微细化,显著提高气含率,但喷溅比较剧烈.与单喷嘴喷吹相比,在总喷气量相同的条件下,双喷嘴喷吹具有明显的优势,两种方法的气泡微细化程度差别不大,但是双喷嘴的喷溅情况明显减弱;双喷嘴夹角44°时能获得最大的气含率,约为9%.     

透气砖对底吹中间包钢液流动特性影响的水力学模拟

采用不同性能参数的多孔透气砖进行中间包底部吹气水模实验，研究透气砖的气孔率、透气度、平均孔径对所形成的气泡大小和能形成有效气幕所需条件的影响，并分析使用不同透气砖时的RTD曲线，对使用不同透气砖时的吹气参数进行了优化。研究结果表明，透气砖的气孔率、透气度越小，形成的气泡越小，能形成有效气幕所要求的吹气量越大。采用中间包底部吹气技术，当控制的吹气参数合理时，可以有效地延长钢液的平均停留时间，降低死区体积；在中间包底部同一位置吹气时，气体通过的透气砖不同，要求的吹气参数不同。