电弧炉底吹搅拌熔池表面突起高度的模拟研究

模拟实验测定了气体搅拌能、喷嘴孔径及孔数、液体深度对液体表面突起高度的影响，回归得到各因素间的关系式，并由此推算了电弧炉底吹的条件。     

转炉底吹供气方式对熔池混匀效果的数值模拟

通过数值模拟的手段,以北方某钢厂300 t转炉为原型,建立了转炉底吹的三维模型。研究了在非均匀供气制度下转炉底吹氩气对转炉混匀效果的影响,优化了设计方案。结果表明,随着底吹氩气流量的增加,熔池内平均流速和平均湍动能均增加,弱流区比例减小,但死区比例降低的幅度不大。单个透气砖氩气流量为440 m3/h时,流量分配比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的平均速度分别0.189、0.204、0.167和0.168 m/s,死区比例分别为17.5%、11.60%、23.53%和20.23%。流量分配比为2∶1时转炉混匀效果最好,1∶1时次之,4∶1时再次,分配比为3∶1时混匀效果最差。     

铜底吹熔池熔炼炉多相流数值模拟

在铜的富氧底吹熔池熔炼过程中,熔池内的多相流动决定了颗粒下料、传热传质及化学反应速率。本文建立了包含气泡、铜锍、渣的三相数学模型,并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。对不同气流速度、铜锍深度、渣层厚度进行了数值模拟,研究炉内渣眼尺寸、旋流强度及漩涡位置等情况。结果表明,随着气流速度增大,气泡流对熔池的搅拌程度逐渐强烈,气泡弥散程度降低,但气流速度过大容易造成熔体喷溅。铜锍深度越大,旋涡搅拌面积越大,旋流强度越大,渣层变短变厚,有利于排渣,但熔池深度增大到一定程度时渣眼直径急剧减小,并且铜锍卷渣程度增大。随着渣层厚度增加,铜锍层内气泡尺寸增大,渣眼尺寸急剧减小,甚至消失,漩涡同时出现在铜锍和渣层内,导致卷渣严重。     

熔池底吹搅拌的广义相似试验研究

气体搅拌是有色金属冶金与钢铁冶金中常用的一种技术。本文就某冶金工况进行了相似模拟的试验研究,根据试验结果进行有关相似原理的讨论,提出了现象广义相似的观点,即表征现象模型与原型的各特征数并不严格一一对应,而是广义相似。模拟试验中线性相关的各特征数变化范围所覆盖的任何点,其表征的现象均具有广义相似性,因此可以用内插法求定。     

熔池底吹搅拌的广义相似试验研究

气体搅拌是有色金属冶金与钢铁冶金中常用的一种技术。本文就某冶金工况进行了相似模拟的试验研究，根据试验结果进行有关相似原理的讨论，提出了现象广义相似的观点，即表征现象模型与原型的各特征数并不严格一一对应，而是广义相似。模拟试验中线性相关的各特征数变化范围所覆盖的任何点，其表征的现象均具有广义相似性，因此可以用内插法求定。     

底吹喷枪结构对熔池搅拌效果的影响特性研究

针对目前底吹熔池熔炼过程中,如何改变喷枪结构起到强化搅拌目的的难题,采用数值模拟的方法建立了底吹熔池熔炼炉多相流非稳态数学模型,构建了多层栅栏结构的氧枪模型。计算结果表明,氧气底吹过程具有周期性,可分割成大气泡形成、气流柱形成和气流冲破熔池液面三个过程,并对有无栅栏喷枪结构在这三个过程下的相图、面平均湍动能、平均压力进行比对分析,结果表明多层栅栏枪口结构有助于强化熔池内部搅拌。     

底吹电弧炉熔池混合特性的模拟研究

用３０ｔ电弧炉１：７水模型测定了底吹气体流量，喷嘴孔径及孔数，喷嘴布置方式以及渣对熔池底吹搅拌混合均匀时间的影响，确定了底吹气体流量为１．０～１．５Ｎｌ／ｍｉｎ，喷嘴孔径为φ１．０～１．５ｍｍ。回归了各种下溶液均匀混合时间与气体搅拌能密度的关系。     

底吹喷枪异常堵塞时复吹转炉的熔池搅拌

根据重庆钢铁股份公司复吹转炉生产过程中实际结构尺寸和改造设计的特点,设计制作了复吹转炉冷态模型.针对实际生产过程中转炉底吹喷枪可能出现的异常堵塞情况,研究了底吹喷枪正常、部分堵塞或全部堵塞等不同工况下,复吹转炉熔池内的搅拌混匀时间与底吹供气强度的关系.     

底吹喷枪异常堵塞的复吹转炉熔池内的搅拌研究

根据重钢转炉生产过程中实际结构尺寸和改造没计的特点，设计制作了复吹转炉冷态模拟模型，针对实际生产过程中转炉底吹喷枪可能出现异常堵塞，实验研究了底吹喷枪正常、有部分堵塞或全部堵塞时，复吹转炉熔池内的搅拌混匀时间与底吹供气强度的关系。     

转炉底吹供气方式对熔池搅拌的影响

为探究复吹转炉底吹供气方式对转炉搅拌效果的影响,采用水模拟方法研究了转炉底吹流量分配比、切换频率及分组模式对渣-金界面传质与混匀的影响。实验结果表明:流量分配比、切换频率及分组模式都会使渣-金界面的传质系数与混匀时间发生改变。在连续模式下,底吹流量分配比选择4时,传质效果最优;流量分配比选择5时,混匀时间最小。在间隔模式下,底吹流量分配比选择3时,传质效果最优;流量分配比选择4时,混匀时间最小。传质系数随切换频率的增加而减小。流量分配比对连续模式传质系数的影响比间隔模式大,2种模式下混匀效果接近。连续模式下底吹会导致炉衬侵蚀不均,大流量侧会加速炉衬侵蚀和两相乳化过程,小流量侧则相反。     

顶吹、底吹和复吹转炉熔池搅拌强度的实验研究

通过实验,研究了顶吹氧量、枪位和喷头型式对纯顶吹熔池搅拌强度的影响,底吹气量、风嘴数目、直径和布置及熔池深度对纯底吹熔池搅拌强度的影响,以及不同顶、底吹关系下(包括顶吹超软吹和非超软吹,底吹小气量和大气量等)的复吹熔池搅拌强度。从而提出了表述顶底复吹转炉熔池搅拌混匀时间的半经验式:T_(0·c)=K·T_(0·T)~a·T_(0·b)~b,及纯顶吹和纯底吹的熔池搅拌混匀时间半经验式。     

大型氧气底吹炉熔池数值模拟及工艺参数优化

底吹炉大型化是目前氧气底吹炼铜技术重要发展趋势,但大型底吹炉熔池搅拌状况不明晰。以某企业大型氧气底吹炉为研究对象,建立大型底吹炉等效简化模型。分析了大型化底吹炉“准稳态”过程,探究大型底吹炉熔池流动状况,选定熔池气含率、熔体平均速度和湍动能作为大型氧气底吹熔池状态评价指标,研究了渣层厚度、喷吹流量、氧枪夹角对熔池流动的影响。结果表明,在渣层厚度65~70 cm、喷吹流量控制在0.60~0.65 kg/s、氧枪夹角达到30°~40°条件下,熔池搅拌情况较好。     

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。     

复吹转炉底吹非均匀供气对熔池搅拌混匀的影响

为了强化转炉熔池的搅拌,在200 t复吹转炉1∶12的模型进行物理模拟试验,研究了底吹非均匀供气对转炉复吹和纯底吹熔池的搅拌混匀效果;采用数学模拟的方法计算了纯底吹条件下,转炉采用底吹非均匀供气时的熔池流体流动。研究结果表明,在所研究的不同的底吹非均匀供气方案中,与底吹均匀供气方案相比,线性底吹非均匀供气方案有利于改善转炉熔池搅拌效果,最佳的底吹非均匀供气方案的混匀时间比均匀供气降低了19%～25%。复吹时底吹非均匀供气的混匀时间降低程度要比纯底吹的非均匀供气大,即复吹条件下,底吹采用非均匀供气更有利于熔池搅拌混匀。采用线性底吹非均匀供气方案时,在熔池内形成了明显的大循环非对称流动,有利于整个熔池内的对流传质,从而缩短了混匀时间。     

复吹转炉底吹非均匀供气对熔池搅拌混匀的影响

为了强化转炉熔池的搅拌,在200 t复吹转炉1∶12的模型进行物理模拟试验,研究了底吹非均匀供气对转炉复吹和纯底吹熔池的搅拌混匀效果;采用数学模拟的方法计算了纯底吹条件下,转炉采用底吹非均匀供气时的熔池流体流动。研究结果表明,在所研究的不同的底吹非均匀供气方案中,与底吹均匀供气方案相比,线性底吹非均匀供气方案有利于改善转炉熔池搅拌效果,最佳的底吹非均匀供气方案的混匀时间比均匀供气降低了19%～25%。复吹时底吹非均匀供气的混匀时间降低程度要比纯底吹的非均匀供气大,即复吹条件下,底吹采用非均匀供气更有利于熔池搅拌混匀。采用线性底吹非均匀供气方案时,在熔池内形成了明显的大循环非对称流动,有利于整个熔池内的对流传质,从而缩短了混匀时间。     

180 t转炉底吹和顶-底复吹射流与熔池作用的水模型研究

根据180 t转炉的实际生产情况,以修正的Froude准数为相似准数,建立几何相似比10 ： 1水模型,进 行了四孔对称单纯底吹试验,并在最佳的底吹工艺参数下(底吹最佳位置为喷嘴所在同心圆直径:转炉熔池直径= 0. 3处;最佳流量为0. 7 m³/h,均混时间18. 2 s),通过改变顶吹氧枪的气体流量和吹炼枪位进行了顶底复吹转炉射 流与熔池作用的试验。结果表明,在底吹条件下,增加顶吹工艺(最佳枪位150 mm,最佳流量39 m³/h),熔池平均 的均混时间减少了 5.6 s, 180 t转炉顶底复吹可显著提高经济效益。     

顶底吹冶炼熔池搅拌的水力学研究

水力学模拟研究——寻找顶底吹过程的熔池混合均匀时间——混合指数τV/D被用来表达混合时间与其它因素的相关——本工作结果与不同规模工业试验的结果符合。研究中发现,熔池混合均匀时间主要和随气体输入的机械功率有关。底吹喷嘴的数目对混合均匀时间的影响不大,但喷嘴排列的位置却显得很重要。相对于整个炉底来说对称布置不利子搅拌,例如一个喷嘴的方案中,放喷嘴于炉底中心不如放在偏一边好。文中给出了有关纯顶吹、纯底吹和顶底复合吹的有关搅拌情况。     

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。      

顶吹氧底吹氧及天然气复吹转炉熔池搅拌能的分析

本文针对底吹氧气和天然气的复吹转炉,建立了适合该气源的熔池搅拌能计算式:同时还探讨了影响搅拌能大小的主要因素和搅拌强度随吹炼过程的变化规律。