顶吹气泡在两相间运动的形变过程对熔池搅拌效果的影响

针对云铜艾萨熔炼体系中贫化电炉柴油喷枪混合氮气顶吹熔池搅拌的优化,开展了两相分层液体浸入式气体顶吹的实验研究。实验结果显示:当顶吹喷枪插入熔渣层深度为熔渣层厚度2/3时即插入冰铜层深度大于冰铜层厚度的1/2时,气泡在二者中的运动符合传统的气泡在单一黏性液体中运动的规律;当气泡生成于渣层和冰铜层的分界面及冰铜层中时,在黏滞力的作用下气泡上升运动会将冰铜带入到渣层中;当喷枪口位于冰铜层后,气泡穿越两层流体的分界面后会形变成气泡刚刚产生时的球形,且冰铜被气泡带入到熔渣中的量同气泡在分界面之前的形变量成正比。     

Y形气-液顶吹喷枪流型及两相流混合特性实验

贫化电炉气液顶吹喷枪是一种独特的垂直下降管,其一端Y形通入气液两相,一端直接通入熔池中进行喷吹作业。本文采用多相流水模型模拟仿真的实验手段进行了定量分析,结果表明：不同于传统的垂直下降管,这种顶吹喷枪的管内流型受气液相间压差的影响,产生了一种由环状流过渡为泡状流的流型,不同流型的分布区域与压差的大小有关并且稳定存在;在支管与主管的交叉区域,对于不同的气液比存在3种气液混合相分界面,并各自产生不同的流型;浸没式顶吹气泡群形态在不同的管内流型驱动下有较大差异,表现在深度及宽度两个方面,并证明了气液比为2～5间的生产效果是最佳的。     

铁浴反应器多段侧吹混合特性数值模拟

在厚渣层铁浴熔融还原反应器水模实验的基础上,通过数值模拟的方法研究了双层侧枪在不同喷吹角度(40°, 45°, 50°)和不同水平插入深度(60, 120, 180 mm)条件下对熔池的搅拌情况的影响,通过水模型实验验证了数值模拟的准确性。通过观察气液两相流中熔池的流场以及示踪剂在熔池中的流动扩散情况,分析弱流区和死区的占比以及不同侧吹条件下的混匀时间,结果表明,侧枪水平插入角度对熔池搅拌的影响较水平插入深度更显著,侧枪的水平插入角度和深度影响熔池中产生的回旋流区域和回旋流个数,当侧枪水平插入角度越大,水平插入深度越深时,熔池中弱流区或死区的体积占比越小,越有利于熔池搅拌混匀。最佳的喷吹条件为上层喷吹角度50°及插入深度60 mm、下层喷吹角度50°及插入深度120 mm。研究了不同气流量对熔池混匀情况的影响,得出上下枪单支气流量分别为8.58和10.43 Nm3/h时,熔池的混匀时间最短。     

50t复吹转炉底透气砖布置的水模实验研究

通过水模实验研究了唐山建龙炼钢厂50 t顶底复吹转炉底透气砖布置方式和复吹工艺参数对熔池搅拌效果、冲击深度及喷溅情况的影响.熔池均混时间及顶枪对熔池冲击情况的实验结果表明,采用4块底透气砖在2个不同圆周上局部非对称布置时,能够形成三维整体大循环搅拌,可有效缩短均混时间.在实验条件下,采用240 mm枪位、顶吹流量为120～128 m3/h,同时底吹流量为2.07 m3/h时,可获得熔池均混时间短、顶吹气体冲击面积和冲击深度适中的效果.     

铁浴反应器流场及温度场的数值模拟

以铁浴熔融还原工艺的铁浴反应器为研究对象,基于FLUENT软件,对反应器内流场及温度场进行了数值模拟,考察了侧吹和顶吹操作条件对铁浴熔池均混时间、铁浴上部空间气相组成及温度分布以及煤气二次燃烧率的影响.计算结果表明,铁浴熔池均混时间随侧吹喷枪倾角及插入熔池深度的增加均呈现先减小后增大的趋势.在本计算条件下,当侧吹倾角为50°,侧吹喷枪插入深度为0.3 m时,可获得最短的熔池均混时间.铁浴反应器上部空间煤气二次燃烧率随顶部热风喷枪的升高而增大,项枪距熔池液面距离每增加0.2 m,上部空间煤气二次燃烧率可提高约1.1%;随顶枪位置上移,氧气分布范围扩大,气体环流区也随之上移.     

基于富氧顶吹炉喷枪插入深度软测量的喷枪端压模糊控制研究

首先对喷枪工作机理和影响因素进行分析,利用生产台账数据,建立了喷枪插入深度机理软预测模型和喷枪端压动态数学模型并验证了模型的有效性;其次重点进行了基于喷枪插入深度软预测的喷枪端压模糊控制研究,仿真结果表明:模糊控制效果优于PID控制。同时,通过OPC接口,在Win CC中实现了喷枪端压模糊控制曲线显示,为富氧顶吹炉喷枪控制的进一步工程实现奠定了基础。     

RGB颜色模型应用于评价顶吹混匀时间的方法

针对评价顶吹宏观混匀时间的方法进行了气体顶吹搅拌水动力学实验研究,利用基于混合过程中示踪粒子的分布随时间演化规律的RGB颜色模型来确定搅拌容器内的宏观混匀时间。通过定义像素阈值分离每一像素,构建混匀像素比M值作为确定混匀时间的指标,观察M值的变化规律,利用3σ方法确定混匀时间。针对喷枪插入深度及流量,用量纲为1强度单位表述为0.5和1的实验工况一,当阈值分数X=90%时,测定混匀时间为13.30s。分析结果发现,RGB颜色模型能够基于混合过程中示踪粒子的分布情况确定混匀时间,且与贝蒂数法和电导率法测定的混匀时间偏差不超过10%。为解决在视觉上评价多相流混合效果等工程问题提供了一种新的思路,为提高ISA炉使用寿命、强化ISA炉冶炼生产以及优化ISA炉工艺过程提供了一定的实验依据。     

铜顶吹炉内多相流数值模拟与单因素影响分析

采用VOF模型模拟铜顶吹炉内多相流动,以气含率、熔体平均速度为铜顶吹炉熔炼效果/效率的评价指标,通过单因素分析法研究了喷枪外径、空气流量及浸没深度对熔炼过程的影响,并结合经验生产参数提出了各参数的适宜值.结果表明,适当增大喷枪空气流量或浸没深度可明显提升气含率和熔体平均速度,获得更高的熔炼效率;适当减小喷枪外径可提升评价指标并获得更佳熔炼效果;各参数适宜值为喷枪外径403~428 mm、喷枪空气流量12000~14000 Nm~3/h、喷枪浸没深度225~275 mm.     

多孔道底吹喷枪搅拌的数值模拟与强化机理分析

底吹富氧搅拌是熔池熔炼的一种关键强化技术，对品位低、杂质多的矿产资源具有很好适应性，底吹喷枪是其关键工艺设备。本文将数值模拟与数理统计相结合，建立了多孔道底吹喷枪强化搅拌的三维数学模型，并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。针对模型计算结果，以气泡上升时间、液体的气含率方差和平均湍流强度等为评价标准，对直管及多孔道底吹喷枪搅拌过程的混合均匀度进行对比研究。结果表明：多孔道喷枪喷吹方式在提高熔体搅动能的同时能使中上部熔体的混合更为充分，并在生产实践中取得了良好的应用效果。     

铁浴式熔融还原炉侧吹喷枪的水力学模拟

通过对铁浴式熔融还原炉的水力学模拟,研究了双排侧枪的侧吹角度、插入深度、侧吹流量以及侧吹位置对熔融还原炉内混匀时间的影响.改变上排侧吹实验的结果表明,熔池内的混匀时间随着侧吹角度的增加呈增加的趋势,随插入深度和喷吹流量的增加呈减小的趋势.改变下排侧吹实验的结果表明,熔池内的混匀时间随着侧吹角度和插入深度的增加呈减小趋势,随着喷吹流量的增加呈减小的趋势.通过比较混匀时间和喷溅量的大小,得到本实验条件下最佳的实验参数:在熔融还原炉的氧化区,即上排侧枪参数为插入深度50mm、与水平方向角度15°、流量9m3/h、侧吹在油层中的位置为1/3处最佳;在熔融还原炉的还原区,即下排侧枪参数为插入深度130mm、与水平方向的角度45°、流量9m3/h最佳.     

铁浴式熔融还原炉浸入式侧吹对熔池内流动影响的数值分析

运用CFD软件Fluent 6.3对熔融还原终还原炉内的流动状态进行了三维数值模拟. 采用VOF多相流模型以及标准k-ε湍流模型模拟炉内气、渣、铁水三相流的流动,研究了不同侧枪枪位、插入深度和角度对于炉内流动的影响. 计算结果表明,侧枪枪位较低时,渣液和铁液的含气量较高,对熔池的搅拌越剧烈;侧枪插入深度较深时,对熔池的搅拌更强烈,顶部喷溅更加剧烈,当侧枪插入深度较浅时,壁面所受应力增大,对壁面侵蚀加剧;侧枪角度为30o和50o时,顶部空间的溅渣量增多,渣层的搅拌比较剧烈,侧枪角度为30o时,气体和渣液对炉衬的侵蚀相对较小.     

扰流型喷枪顶吹管内特殊两相流流型实验

主要对自主设计的渐缩管、渐扩渐缩管、螺旋管和四孔管进行水-空气两相流混合顶吹实验,并得出了扰流型喷管的管内流型变化规律。实验通过对可视化特殊喷管内的气液两相进行高速拍摄,并调节水与空气两相各自的体积流量,获取不同喷管中出现的特殊流型照片及视频。实验结果表明：在表观气速和表观液速变化时,除渐缩管外,其他特殊喷管的流型转变均有一定规律性;渐扩渐缩管内截面半径变化较大,易产生环状-搅拌流,并有典型泡状流出现,螺旋管由于轴向环流速度的影响,会产生大密度泡状流并逐渐过渡到有旋流趋势的环状流型,特殊结构的四孔管中流型较稳定,短暂出现泡状流、弹状流后形成稳定环状流。四孔管的设计最利于冶金熔炉中柴油-氮气混合两相流喷吹,形成的气泡群中单个气泡直径较小,柴油被充分细化打散,渣层中的还原反应更充分,能有效提高柴油对渣层中磁性铁的还原率。     

鱼雷罐中铁水预处理喷粉脱锰的动力学模型

基于耦联反应模型,建立了在鱼雷罐中,采用氧化性渣并考虑粉剂穿透比、停留时间和熔池均混时间对脱锰影响的铁水预处理喷粉脱锰动力学模型,并对其做了验证. 模拟实际生产条件的模型计算结果表明,将含58.5%FeO、碱度为0.85的粉剂以400 kg/min的加料速率与10 Nm3/min的O2载气喷入1623 K的250 t铁水中,处理2~3 min后,铁液中硅很快降到最低水平. 当硅含量降低到小于0.3%时,脱锰速率逐渐增大;当处理6~7 min时,熔池中锰含量降低到小于0.1%,达到最低水平,可满足低锰钢对锰含量的要求. 在相同计算条件下,脱硅速率大于脱锰速率;喷吹处理过程中存在一定程度的脱碳,但铁水中磷含量基本不变. 在保证粉剂全部成渣,与铁液充分接触且参与反应的条件下,减小粉剂颗粒粒径到25 mm,增加喷枪插入深度到1.6 m,增大粉剂喷吹速度到400 kg/min,适当提高渣中的FeO含量和降低铁水中的硅含量均有利于提高脱锰速率.     

干煤粉气化炉高温合成气水激冷工艺问题研究

基于实际应用和仿真模拟计算,分析了两种不同合成气洗涤冷却技术,喷雾激冷和下降管水浴激冷的优缺点。喷雾激冷由于雾化的穿透性、均匀性无法可靠保证,导致局部区域高温合成气没有有效洗涤、降温,最终导致激冷室被烧损。下降管激冷方式采用激冷筒为粗合成气水浴提供通道,筒壁旋流液膜能有效保护激冷筒自身免受熔渣及高温气体的影响,同时液膜表面形成泡核蒸发降低气体温度,粗合成气水浴时能将粗合成气中夹带的大部分灰洗除,因此洗涤、降温效果较好。     

硫铁矿焙烧渣资源化实验研究

以硫酸溶液浸出硫铁矿烧渣,可使硫、砷分别降低到0．35％,0．04％。正交实验表明,最佳工艺条件为：矿浆浓度30％,硫酸浓度为15％,反应时间120min,温度50℃,搅拌速度300r／min。     

星点设计-效应面优化法优化阿司匹林肠溶片的包衣工艺

目的：采用星点设计一效应面优化法优化传统包衣锅制备阿司匹林肠溶片包衣工艺,提高其包衣效率。方法：通过筛选雾化压力、蠕动泵转速及枪一床距离3个工艺参数确定各因素水平,安排实验,结果以包衣效率为指标考察。结果：优化后的包衣工艺可有效的进行包衣。结论：星点设计一效应面优化法可利用最少的实验次数得到优化后的包衣工艺。     

黑木耳多糖的微波法提取工艺研究

以黑木耳为原料研究了水浴提取法、回流提取法、微波辅助提取法、超声波提取法等提取效果,结果表明微波提取法效果较好。采用单因素和正交试验,探讨微波辅助法提取黑木耳多糖的最佳工艺条件。实验结果:微波处理前水浴浸泡时间30 min、提取溶剂为70%乙醇溶液、NaOH加入量1.0 g、提取时间2 min,微波提取功率为60 W。     

生物柴油浸没喷吹的雾化特性

以生物柴油替代柴油进行浸没喷吹熔池熔炼是发展低碳铜冶炼的重要途径。针对该过程建立生物柴油浸没喷吹雾化流动过程计算模型,本文模拟计算了喷枪在水模型中浸没深度为20mm时不同油气比条件下生物柴油雾化颗粒的雾化特性,并实验验证了计算模型。研究结果表明：油滴颗粒的贯穿距随着空气流速的增加而增大;在气泡内油滴颗粒以一定的雾化半角向前扩散;当油滴颗粒到达气泡底部时,油滴颗粒以气泡底部平面为中心向整个空间扩散;气泡内距离喷枪轴向越远的观察面内大颗粒数目越多;油滴颗粒的索特平均直径（SMD）沿喷枪轴向先增大后减小;气泡内距喷枪口越远油滴颗粒SMD越大,进入水区域的油滴颗粒SMD逐渐减小;雾化空气流速越大,油滴颗粒SMD最大值的位置距喷口越远。     

顶吹转炉水模型渣金边界织构的分维数

依据相似定理,通过二维水模型模拟顶吹转炉吹炼过程. 利用数码相机进行摄影,通过对图像的计算机处理,研究了依据相似定理,通过二维水模型模拟顶吹转炉吹炼过程. 利用数码相机进行摄影,通过对图像的计算机处理,研究了顶吹过程中炉渣与钢液母相边界的变化. 应用分形理论对其边界的织构分维数及无量纲长度进行了计算. 结果表明,吹炼过程中枪位、吹气流量及渣金比对炉渣与钢液母相边界的织构分维数影响较大,其中流量为主要影响因素. 得出了三者对织构分维数的影响及织构分维数对无量纲长度影响的经验关系式,渣金母相边界织构维数是评价二维渣金母相边界长度的重要依据. 分形理论可以为转炉吹炼过程中渣金母相边界的量化计算提供一种有效的方法.