渣罐底吹熔池表面突起特性的模拟研究

基于“选择性析出技术”,向渣罐内吹入空气氧化含钛高炉渣,以实现钛的选择性富集。渣罐内熔池的表面突起高度和宽度对于渣罐内自由空间的设计存在重要影响。通过摄像法测定了粘度、气体流量对底吹渣罐水模型表面突起高度和宽度的影响。结果表明：液面突起的形状服从高斯分布;液面突起高度随底吹气体流量的增大而变大,而基本不受熔池黏度变化的影响;液面突起宽度随气体流量和溶液黏度的增大而变大,但主要受气体流量的影响。通过对实验结果的分析讨论,得出了水模型溶液表面突起高度和突起宽度的经验关系方程式。     

高压底吹条件下钢液流动模拟研究

高压底吹条件下钢液流动运动行为复杂,采用数值模拟分析了压力、底吹流量、底吹位置及钢液面高度对熔池内钢液流动的影响。模拟结果表明:高压条件下,随着压力的增加,熔池内的速度分布均匀,梯度减小程度小。钢液的平均速度随底吹流量的增加而增加。随底吹喷孔位置向熔池壁靠近,主循环回路变长。随着熔池液面高度的上升,气液两相区的径向范围变广,速度梯度减小,熔池内死区比例降低;达到一定高度后,氮气到达熔池液面时速度变小。研究高压底吹条件下钢液的流动行为,对钢包内钢液底吹精炼具有指导意义。     

底吹炼铜喷口区多相流动特性数值模拟研究

底吹炼铜是铜熔池熔炼的重要技术之一,熔池内的流场分布情况对冶炼效率有决定性作用。本文利用Fluent软件模拟底吹熔炼炉的流动过程,通过与水模型实验数据对比验证,得出VOF模型更加适合描述气-液多相流动。利用该模型对熔炼过程进行模拟计算并分析其流场特性,结果表明,氧枪插入深度越小,熔池搅动范围更大;氧枪角度增大,液面波动高度增大,主漩涡中心向氧枪侧偏移;当氧枪角度大于21°时熔池液面发生倾斜,形成稳定的斜面;气流速度增大,液面波动高度增加。     

气体流量对底吹炼铜炉吹炼过程的影响

首先利用Fluent软件对底吹炉用的氧枪内气体流动过程进行模拟研究,分析了三种工况下进口参数与气体流量的对应关系,给现场进行流量调节提供了理论依据。然后以氧枪出口气体的流动参数作为边界条件,利用VOF模型对底吹炉渣、铜锍、粗铜、空气四相流动过程进行模拟研究。研究了不同流量下的熔体流动规律,包括熔池内的密度分布、熔池平均速度、液面波动状况以及喷溅量等。当气体流量为0.43kg/s时,熔池内的平均速度较高,混合强度大,但是也会造成液面波动和喷溅量过大的现象,严重时会导致下料口堵塞,影响正常生产过程。     

数值模拟氧气底吹熔炼工艺参数优化

采用数值模拟方法，分别研究熔池深度、气体流量、氧枪倾角、氧枪直径等参数变化对熔池气含率、熔体平均速度和平均湍动能的影响.结果表明:当熔池深度为1.3~1.5 m时，熔池内部气液两相搅拌强烈，气含率存在较大值为17.5 %，熔池处于较好的运动状态；气含率、熔体平均速度和平均湍动能随气体流量的增加呈现先减小后增大趋势，选取适宜气体流量为0.6~0.7 kg/s；熔池气含率随氧枪倾角的逐渐增大先增大后减小，而熔体平均运动速度和平均湍动能呈现先减小后增大趋势，选取适宜氧枪倾角为20°~25°；氧枪直径为30~35 mm时，熔池气含率和平均湍动能处于较大值，约为13 %和0.8 m2/s2，熔池处于较好的运动状态.      

转炉型反应器内熔池传热的研究

通过水力学模型，对转炉反应中各流量参数、熔池深度、喷枪高度及底吹喷嘴位置等因素对熔池传热规律的影响进行了研究。结果表明，在一定范围内，增加顶吹喷枪主孔气体流量及底吹气体流量，都将使熔池表现传热系数提高，从而有利于熔池传热，提高转炉热利用率；顶吹喷枪副孔气体流量在本试验中对熔池表现传热系数无影响；熔池深度、喷枪高度以及底吹喷嘴的布置等因素对熔池传热有一定的影响。文中还从熔池搅拌角度对各因素的影响进行了分析，并通过试验得到了用准数方程表示的描述转炉型反应器内传热规律的经验关系式，为今后工业生产提供了试验依据。     

侧吹熔池熔炼气液混合特征的数值模拟研究

为阐明侧吹气液两相流的流动特性,提高熔池反应区熔炼效率及炉体寿命。首先采用VOF多相流模型模拟气液两相流动过程;其次在水模型试验验证模拟结果基础上,分析多水平因子条件下气体射流对熔体流动过程的影响;最后以此为依据提出侧吹熔池风口排布及喷吹优化方案。结果表明:在速度300 m/s,风口高度为0.9 m喷吹对熔池的搅拌效率更高,熔池内的速度场分布更为合理;双侧喷吹获得更好的动力学条件,但熔池表面喷溅较为严重;风口附近的湍流造成射流回击,带动熔体冲击炉衬。     

电弧炉氧枪搅拌特性及熔池混匀效果的试验研究

采用1∶10水模型对100t电弧炉炉壁氧枪搅拌特性和熔池混匀效果进行了试验研究。研究了炉壁氧枪水平角、垂直角、气体流量及氧枪布置等对熔池各区域搅拌效果和混匀时间的影响。试验结果表明,相对于垂直角而言,水平角对熔池各区域的流动和混匀有更为显著的影响。熔池混匀时间随气体流量的增大而减小,但气体流量增大会导致熔池喷溅量增大,且熔池液体对炉底的冲刷增强。对比两种不同的氧枪布置方案,采用原型分布且氧枪水平角为10°时,整个熔池具有最好的混匀效果。     

大型转炉多孔喷头射流与熔池作用的水模研究

利用1／10有机玻璃模型,根据相似原理,研究了宝钢300t转炉多孔喷头射流与熔池的作用。测定了不同吹炼条件(氧气流量、枪位高度、喷头孔数、炉容比)下的熔池混匀时间、喷溅量、穿透深度与渣钢之间的乳化率。测定结果表明,氧气流量、炉容比对喷溅量影响较大;氧气流量、枪位高度对穿透深度有重要影响。渣钢间的乳化要求有适当的枪位高度。6孔交错布置喷头有较好的吹炼性能。     

转炉超音速氧枪喷头磨损后的吹炼特性变化

 转炉氧枪喷头会随枪龄的增加发生不同程度的侵蚀,为了探究氧枪喷头侵蚀程度对超音速气体射流吹炼特性的影响,建立了120 t转炉及超音速氧枪的三维全尺寸几何模型,研究了氧枪喷头不同磨损角度对气体射流特性、熔池速度及壁面侵蚀的影响。发现随着磨损角度增加,射流速度衰减加快,射流核心区长度缩短,同一等速线长度缩短,射流中心最大速度和最大速度点距中心距离增大。射流动压衰减速度随磨损角度增加而加快,磨损角度由0增至20°,距喷头端面1.5 m处最大动压减小了14.84%,14 000 Pa等压线包围面积由0.038 m2减小至0.002 m2。钢液面处高速区面积随着磨损角度增加而减小,死区面积随着磨损角度增加而增大。熔池纵截面高速区域主要分布在冲击凹坑和底吹元件附近,低速区域主要分布在熔池底部,死区主要分布在熔池底部中心和炉壁下部区域。当熔池深度小于0.6 m时,顶吹气流对熔池的搅拌起主要作用,磨损角度增加,熔池搅拌能力变弱,熔池横截面高速区面积减小,低速区和死区面积增大;当熔池深度大于0.6 m时,底吹气流对熔池搅拌起主要作用,高速区面积基本不变。渣-金作用区域和底吹流股附近流体湍动能较大、壁面剪切应力较为集中,该部位耐火材料侵蚀严重。熔池壁面附近流体湍动能和壁面剪切力随磨损角度增加而降低,转炉炉衬侵蚀速度减小。     

基于氧枪喷头磨损的熔池搅拌特性

研究氧枪喷孔出口磨损程度对射流动力学参数及熔池搅拌效果的影响可以为氧枪喷头设计和冶炼工艺优化提供理论支持。建立了0°、10°和20°磨损角度氧枪自由射流几何模型,分析了喷孔出口磨损程度对射流轴向和径向动力学参数分布的影响,发现入口压力相同时,喷孔出口磨损程度增大,射流速度、动压和马赫数衰减加快,射流聚合程度增强。在喷孔出口0.18 m范围内,磨损后氧枪的湍动能大于未磨损氧枪,且磨损程度越大,射流湍动能越大。超过此范围后,未磨损氧枪湍动能大于磨损后氧枪。在喷孔出口1 000 mm处,射流径向最大速度、动压、马赫数和湍动能均随着喷孔出口磨损程度的增大而减小。建立了120 t转炉和5孔氧枪1∶4水力学试验模型,研究了枪位和气体流量变化对不同磨损程度氧枪冲击效果和混匀时间的影响,分析了枪位和气体流量相同时氧枪喷孔出口磨损对熔池流场的影响。发现气体流量相同时,随着枪位升高,熔池冲击深度减小,冲击直径增大,混匀时间增大。枪位相同时,随着气体流量增大,熔池冲击深度和冲击直径增大,混匀时间减少。枪位和气体流量相同时,喷孔出口磨损程度增大,冲击深度和冲击直径减小,混匀时间增大,高锰酸钾溶液完全扩散时间增...     

氧气顶吹转炉三维流场数值模拟

采用数值模拟软件Fluent对100t氧气顶吹转炉三维流场进行数值模拟。通过模拟结果讨论了炉内不同时期气相速度分布、熔池液面冲击形貌和速度分布以及熔池内部不同深度处速度分布情况。研究结果发现，顶吹转炉中熔池液面凹坑处液体具有较大的速度，而在熔池凹坑外部区域速度降低至很小。不同熔池深度处，熔池液体速度随熔池深度的增加衰减较大。熔池内部搅拌弱区位于熔池中心底部和炉壁底部区域。     

水口吹氩工艺板坯结晶器内气泡运动行为的物理模拟

以1300 mm × 230 mm板坯连铸结晶器的相似比0.4的物理模型,研究了拉速1.1 m/min、水口插入深度160 mm、水口吹气量0～15 L/min时连铸结晶器内气泡的运动行为,及其对钢液流股冲击深度、液面波动和液面裸露的影响。实验结果表明,随水口吹气量增加,结晶器内气泡的数量和尺寸都有所增加,气泡在钢液内水平方向扩散范围增大,且气泡最大穿透深度亦增加;当水口吹气量增大到5 L/min时,气泡逸出后在液面由全部向水口方向运动变为以集中逸出位置为中心的四散运动。     

145 t RH真空精炼装置内钢液循环流动特性的水模型研究

基于相似原理,建立几何相似比1:7水模型研究了145t RH真空精炼装置内钢液循环流动行为,研究了提升气量(60~140 m³/h) 、浸渍管浸渍深度(400~600 mm) 、真空室液面高度(426~526 mm)对钢水循环流量和混匀时间的影响。结果表明,循环流量随提升气量增加而增大且呈近似线性关系,混匀时间随提升气量增加而呈非线性减小;500 mm的浸渍管浸渍深度和526 mm的真空室液面高度下均出现较理想的循环流量;130 m³/h提升气量、600 mm浸渍管浸渍深度和526 mm真空室液面高度可获得最佳循环流动特性。     

决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数

熔池均混时间、粉剂穿透比和粉剂停留时间是决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数。通过实验考察了喷枪喷嘴结构不同和喷枪平面位置不同条件下吹气对熔池搅拌的影响 ;理论分析了影响单个粉剂穿越气 -液界面的主要因素 ,并得到在本实验粉剂粒度分布条件下理论粉剂穿透比的表达式。将实测粉剂穿透比与理论粉剂穿透比进行比较 ,提出了粉剂穿透比理论值的修正公式 ;利用流场计算结果 ,回归出了粉剂停留时间与载气流量和喷嘴离包底距离的关系     

超声波钢包精炼水模实验研究

以某钢厂180t钢包为原型,进行超声波改善钢包熔池搅拌效果的水力学模型实验,研究超声波功率和声源位置等对均混时间的影响。实验结果表明:与底吹氩气搅拌相比,超声波可明显缩短均混时间;随着功率的增大均混时间减少;同一高度下,位置变化对均混时间影响不大,液面下150mm的搅拌效果优于液面下300mm的。     

超声波钢包精炼水模实验研究

以某钢厂180t钢包为原型,进行超声波改善钢包熔池搅拌效果的水力学模型实验,研究超声波功率和声源位置等对均混时间的影响。实验结果表明：与底吹氩气搅拌相比,超声波可明显缩短均混时间;随着功率的增大均混时间减少;同一高度下,位置变化对均混时间影响不大,液面下150mm的搅拌效果优于液面下300mm的。     

决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数

熔池均混时间、粉剂穿透比和粉剂停留时间是决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数。通过实验考察了喷枪喷嘴结构不同和喷枪平面位置不同条件下吹气对熔池搅拌的影响;理论分析了影响单个粉剂穿越气－液界面的主要因素,并得到在本实验粉剂粒度分布条件下理论剂穿透比的表达式。将实测粉剂穿透比与理论粉剂穿透进行比较,提出了粉剂穿透比理论值的修正公式;利用流场计算结果,回归出了粉剂停留时间与载气流量和喷嘴离包底距离的关系     

底吹炼铜熔池液面波动数值模拟

底吹炼铜是新一代铜强化熔炼工艺。高压气流喷入熔池后产生的液面波动会不断冲刷炉膛壁面,导致壁面耐火材料的磨损。文中利用数值模拟方法对底吹熔池内气液两相流动过程进行研究,分析液面波动导致壁面的压力的变化。通过分析气泡在熔池内的分布及运动过程,得到了熔体对壁面冲刷侵蚀的主要原因。分析壁面压力随时间波动曲线,定义了冲击程度的概念,表征了熔池壁面因波动频率和压力变化而对壁面的磨损程度。模拟计算了单孔氧枪和多孔氧枪的流动过程,得出多孔氧枪气含率更高,冲击程度更小。计算分析了不同参数条件下的流场波动特性,结果表明在实验条件下氧枪角度为0°、气流速为0.7 m/s时,压力冲击程度最小,液面波动对壁面耐火材料的侵蚀最小。      

单嘴精炼炉合金料加入方式及混匀特性水模型研究

根据相似理论,以80 t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟,研究了单嘴精炼炉加合金料位置、吹气流量(2～10 L/min)、单嘴内液面高度(18.5～67.0 cm)、浸入深度(75～150 mm)、吹气位置等对混匀时间的影响。结果表明,在单嘴气体上升区对面加料混匀时间较短;吹气流量为6 L/min、浸入深度100～125 mm、单嘴内液面高度≥52 cm、在钢包底r/R=0.5位置吹气有利于混匀时间的缩短。