210 tRH精炼过程的混匀特性

以某钢厂210tRH真空精炼装置为原型,根据相似原理建立1﹕4水模型,研究了吹气量、浸入深度、真空度以及气孔堵塞对混匀时间的影响。结果表明,RH混匀时间随着吹气量的增加而呈现减小的趋势;随着浸入深度的增加先减小后增大,并存在最佳浸入深度480 mm;随真空室压力的减小而减小;随着吹气孔堵塞个数的增加先减小后增加。利用粒子成像测速技术( particle image velocimetry,PIV)测量了RH精炼过程钢包内二维流场,与数值模拟结果对比,发现钢包内的流体运动主要是从下降管到上升管的循环流动以及下降管周围的回流运动,不活跃区主要集中在渣-钢界面以下浸渍管浸入深度范围内。     

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.     

RH精炼过程循环流量及夹杂去除的水模型研究

以某钢厂120tRH真空精炼炉为原型建立水模型,研究不同工艺参数对RH精炼过程钢液循环流量和夹杂去除率的影响。结果表明,钢液循环流量随着驱动气体流量、浸入深度、真空度、气孔数的增大而增大,随处理量的增大而减小,实验室循环流量最佳工艺参数为:气体流量2.8m3/h,浸入深度150mm,真空度3614Pa,气孔数12个;夹杂去除率随驱动气体流量、浸入深度、真空度和气孔数的变化均不是单调的,而是存在一个最佳值使夹杂去除率最高,实验室去除夹杂的合理工艺条件为:气体流量2.2m3/h,浸入深度125mm,真空度为3500Pa,气孔数8个。     

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%.     

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3mm、油管外径为73mm的油套环空和内径为60mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。实验结果表明,在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。     

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.     

鼓泡塔内气含率分布与流场的CFD模拟

采用CFD商业软件对单层分布器、双层分布器和带导流筒3种结构鼓泡塔内气液分散性能进行数值模拟。研究结果表明,随着通气量的增加,鼓泡塔内气含率增高,但其分布的均匀性变差。鼓泡塔内存在过渡流域和充分发展流域,在过渡流域,塔内水平截面平均气含率随轴向高度而增加,在充分发展流域,塔内水平截面平均气含率不随轴向高度变化,2种流域的分界线位置和鼓泡塔的结构有关,而几乎不受通气量大小的影响。在相同通气量下,双层分布器和带导流筒鼓泡塔内平均气含率比单层分布器鼓泡塔低,但双层分布器相对单层分布器鼓泡塔可改善在耗氧反应体系中氧气分布的均匀性,采用带导流筒鼓泡塔可改善液体在塔内循环,使气-液反应在塔内更加均匀。     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

带有旋流的RH精炼系统循环流动的实验研究

探讨RH真空脱气装置水模型上升管中施加旋流以提高系统精炼效率的可能性,分别采用平直叶片叶轮和轴流式叶轮产生旋流,通过水模型实验,比较有旋流和无旋流上升管中气液两相流体流动现象的差别.利用超声波流量计测量系统的循环流量,利用摄像机记录气液两相流动状态.水模型实验结果表明,与无旋流情况相比,施加旋流后循环流量显著增大.由于向心力作用,气泡向管道中心区域积聚,从而使气泡与杂质物碰撞合并的机会大大增加;同时还能够避免气泡吸附在管壁上,提高RH真空精炼装置的寿命.     

连铸结晶器内气泡群粒径分布的实验研究

为了获得结晶器内的气泡粒径及其分布规律,建立了一套水模型实验系统.为模拟真实上水口的吹氩过程,采用莫来石制作水模型的环状吹气装置,利用激光片光源和高速摄像机捕捉气泡的瞬时分布,并采用Image J软件分析和计算气泡的粒径.结果发现:气泡平均粒径随水流量、水口插入深度的增加而增大,随吹气量、水口倾角的增大而减小;莫来石弥散砖产生的气泡初始粒径较小且分布均匀.气泡粒径在结晶器宽面一侧水平方向上呈先增大后减小的趋势.随水流量的增大,气泡分布更加分散;随吹气量的增加,气泡分布规律无明显区别,但粒径增大.     

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.     

扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动的影响

建立中间包浇铸过程钢-渣-气多相流数学模型,研究稳态浇铸和换钢包过程非稳态浇铸时,扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动行为的影响。结果表明,稳态浇铸时,使用扩张型长水口可以有效减小冲击区内钢液湍动能和液面流速,降低钢液面裸露和钢渣卷混的倾向;换钢包非稳态浇铸时,随着扩张型长水口内径增大,钢液面裸露面积整体逐渐减小,但长水口内径扩张2倍时,会由于排除气体量大,造成钢液面较长时间的裸露;使用内径扩张1.5倍的长水口时,钢液面裸露面积小,没有明显的钢渣卷混,有利于提高钢液纯净度。     

RH真空精炼过程循环流量与混合特性的物理模拟

以某钢厂180t的RH真空精炼装置为研究原型,依据相似准则建立物理模拟试验装置,进行2因素(喷吹角度和供气流量)作用下3水平的水模型正交试验研究,深入揭示RH真空精炼过程中循环流动状态变化规律,并为其工艺和操作参数的确定提供技术依据.结果表明:供气流量及喷吹角度均会影响精炼效率,供气流量影响更显著;存在最优的吹氩方案,即流量为20m3/h,喷吹角度为45°时,混匀时间最短;在不同供气流量下,循环流量增加幅度随喷吹角度的增大而逐渐减小,最佳喷吹角度在25°~35°之间.     

鼓泡床中分布器对气泡行为影响的电容层析成像分析

采用英国Process Tomography有限公司研制的12电极双面电容层析成像(ECT)系统,研究了不同的分布器结构对鼓泡床气泡行为的影响。结果表明:在相同的表观气速下,随着分布器开孔数目的增多,气含率相应增加;随着表观气速的增加,气含率逐渐上升;当分布器具有泡罩结构时,对应的气含率较高。借助Plot3d考察了气泡上升过程中的准三维结构,发现气泡(群)的上升过程近似一种螺旋运动。     

窄板坯结晶器内连铸工艺参数对钢液流场的影响

Computational simulations and high-temperature measurements of velocities near the surface of a mold were carried out by using the rod deflection method to study the effects of various operating parameters on the flow field in slab continuous casting (CC) molds with narrow widths for the production of automobile exposed panels. Reasonable agreement between the calculated results and measured subsurface velocities of liquid steel was obtained under different operating parameters of the CC process. The simulation results reveal that the flow field in the horizontal plane located 50 mm from the meniscus can be used as the characteristic flow field to optimize the flow field of molten steel in the mold. Increases in casting speed can increase the subsurface velocity of molten steel and shift the position of the vortex core downward in the downward circulation zone. The flow field of liquid steel in a 1040 mm-wide slab CC mold can be improved by an Ar gas flow rate of 7 L·min?1 and casting speed of 1.7 m·min?1. Under the present experimental conditions, the double-roll flow pattern is generally stable at a submerged entry nozzle immersion depth of 170 mm.     

双联毛细管管口气泡生长可视化实验

利用高速摄影仪对双联毛细管管口气泡的生长和脱离特性进行了可视化实验研究.实验结果表明,当液体淹没双联毛细管管口时,在管内无气体流动情况下,管径大和亲水的毛细管易于成为液体通道,而管径小和憎水的毛细管易于成为气体通道;在有气体流动情况下,管径大的毛细管成为气体通道,而管径小的则成为液体通道.当气室的进气流量增大时,双联毛细管端口处气泡脱离直径变化很小,而气泡的脱离周期却随之明显减小,双联毛细管的气泡生长和脱离会发生明显的相互影响.此外,液体流速对气泡的生长和脱离有很大的影响,液体流速越大,气泡脱离越快,气泡的脱离直径则越小;在液体流速较大时,靠近流体进口处的毛细管端口气泡生长和脱离明显加快,从而导致相邻毛细管端口的液体回流现象.     

钢液注流的惰性气幕保护系统

对钢液注流的惰性气幕保护系统在实验室进行了冷模拟试验研究。通过向安装在钢包或中间罐水口下方的引流管内吹入惰性气体形成保护气幕 ,使钢流与空气完全隔离 ,防止其发生再氧化 ,减少钢中的非金属夹杂物 ,提高连铸坯质量。     

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.     

含锰钢液在真空有渣精炼过程中的锰蒸发和脱氮行为研究

Considering the precise composition control on the vacuum refining of high-Mn steel, the behaviors of both Mn evaporation and nitrogen removal from molten Mn steel were investigated via vacuum slag refining in a vacuum induction furnace. It was found that the reaction interfaces of denitrification and Mn evaporation tend to migrate from the surface of slag layer to the surface of molten steel with the gradual exposure of molten steel during the vacuum slag refining process. Significantly, compared with the experimental group without slag addition, the addition of slag into steel can result in a lower Mn evaporation rate constant of 0.0192 cm·min?1 at 370 Pa, while the denitrification rate is almost not affected. Besides, the slag has a stronger inhibitory effect on Mn evaporation than the reduced vacuum pressure. Moreover, the inhibitory effect of the slag layer on Mn evaporation can be weakened with the increase of the initial Mn content in molten steel. The slag layer can work as an inhibitory layer to reduce the Mn evaporation from molten steel, the evaporation reaction of Mn mainly proceeds on the surface of the molten steel. This may be attributed to the Mn mass transfer coefficient for one of reaction at steel/slag interface, mass transfer in molten slag, and evaporation reaction at slag/gas interface is lower than that of evaporation reaction at steel/gas interface. The introduction of slag is proposed for both denitrification and manganese control during the vacuum refining process of Mn steels.     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。