厚渣层熔融还原铁浴混合特性的物理模拟

设计了应用于厚渣层冶炼的铁浴熔融还原炉模型,通过水模实验研究了反应器在不同底吹布置下多层侧枪操作参数对熔池混匀时间的影响规律.单孔底吹实验结果表明,与纯侧吹实验相比,中枪角度、深度以及下枪角度的影响变弱,下枪插入深度的影响增强.多孔底吹实验结果表明:双孔底吹的混匀时间总体上小于四孔底吹布置;当喷嘴数目相同时,非对称底吹的混匀时间小于对称底吹布置.通过比较6种底吹布置下最优参数组合所对应的混匀时间,确定反应器最佳底吹参考布置为双孔非对称底吹,相应的侧枪参数为中枪角度50°、中枪水平深度180mm、下枪角度50°、下枪水平深度180mm.     

转炉局域传质和混匀效果

采用冷态转炉对转炉熔池局域流动和传质效果进行了研究．选用不同氧枪喷头、枪位和熔池形状进行实验,通过测量熔池各区域的电导率值来研究熔池局域传质和混匀效果．根据实验结果,分析了各因素对熔池传质、死区分布、混匀时间及熔池速度均匀性等的影响．研究结果发现：标准熔池（径深比为3．1）中,熔池死区主要位于熔池底部侧壁和环流中心处;浅型熔池（径深比为5．2）中,熔池死区主要位于熔池侧壁．适当增加氧枪喷孔倾角和熔池径深比,有利于增大熔池环流半径,改善熔池内部流动,减小熔池内部死区．     

复吹转炉氧枪喷吹石灰石颗粒的物理模拟

建立了氧枪喷吹石灰石粉的冷态模型,用水模拟钢水,用浸盐空心三氧化二铝模拟石灰石粉,用真空泵油模拟炉渣,研究了熔池的均混时间、粉剂分布和粉剂穿透比.考察了底气流量和枪位对均混时间的影响,同时在优化的工艺条件下,测定了熔池的粉剂穿透比和粉剂分布,确定了实验室条件下最佳操作工艺.结果表明,顶吹喷粉条件下氧枪枪位应略微下降,枪位为258mm,底气流量为20m3/h;粉剂穿透比随固气比和粉剂粒度的增加而增加,确定了实验条件下最佳粉剂粒度为0212~0380mm.     

顶底侧吹转炉熔池搅拌混匀物理模拟

在实验室建立顶底侧吹转炉吹炼物理模型,实验研究了顶底侧吹工艺参数对顶底侧吹转炉熔池搅拌混匀的影响.结果表明,侧吹气体流量对熔池混匀时间有重要的影响,存在一个临界侧吹气体流量,在低于临界侧吹气体流量范围,随侧吹气体流量增加,熔池的水平搅拌作用逐渐增强,熔池的混匀时间随之下降,侧吹气体达到一定的侧吹气量临界值后,熔池混匀时间显著降低,进一步提高侧吹气量,熔池混匀时间不再有大的变化.应在保证足够的侧吹气体流量的前提下,尽量采用适当小断面的侧吹枪.合适的底吹供气强度有助于顶底侧吹转炉熔池搅拌混匀,顶枪枪位和顶吹气体流量的变化对顶底侧吹转炉熔池混匀影响不大     

炼钢转炉顶吹气体射流对熔池的穿透行为

在转炉吹炼过程中顶吹气体射流冲击液面形成的冲击坑对于熔池的成渣速率和冶炼效率有较大影响,是冶炼过程中的重要动力学参数。以1/10氧气顶吹转炉为对象进行了水模型实验,研究了枪位、顶吹气量对射流穿透行为的影响;基于实验与理论分析,讨论了液相表面张力对穿透深度的影响机理;通过引入用于冲击坑形成的射流冲击动能利用指数,建立了更为精确的穿透深度分析模型。研究结果表明:穿透深度随枪位的降低、顶吹气量的增大而增大,冲击直径随枪位的提高而增大但受顶吹气量的影响较小;液相表面张力对穿透深度的影响随着表面张力的增大而加强,随着穿透深度的增大影响更为显著;能量利用指数随着枪位的提高而增大,并基于实验得到了其与枪位的定量关系。     

转炉局域搅拌和混匀效果的水模型实验

为研究转炉的局域搅拌和混匀效果,以55 t转炉为原型,建立转炉水模型,在不同喷吹条件下,通过多点测量的方式,对转炉进行水模拟实验。结果表明:纯底吹条件下,底部中心处的混匀时间较短;顶吹条件下,底部中心处搅拌最弱;顶底复吹条件下,随着枪位的升高,熔池内4个测量点的混匀时间均先变小后增大,并找到平均混匀时间最短的底吹方式,在此底吹布置方式下的枪位为0.16 m时,侧壁面的上部和下部以及环流中心附近混匀效果较好,枪位为0.20 m时,底部中心处的混匀时间最短。进一步比较底吹对称布置和非对称布置下的搅拌和混匀效果可知,底吹喷嘴的非对称且集中布置更有利于改善转炉内流场,减少搅拌弱区。     

Periodic flow characteristics during RH vacuum circulation refining

The circulation period of RH vacuum refining was studied to promote the refining efficiency. The influences of the lift gas flow rate and submersion depth of snorkels on the circulation period, and the relationship between mixing time and circulation flow were discussed. The effects of the lift gas flow rate and submersion depth on the degassing rate in one circulation period were studied by water modeling. The results show that the circulation period is shortened by increasing the lift gas flow rate. The circulation period is the shortest when the submersion depth of snorkels is 560 mm. The whole ladle can be mixed thoroughly after three times of circulation. Increasing the lift gas flow rate can enhance the degassing rate of RH circulation.     

承德100 t顶吹脱磷钢包流场特性研究

利用水力学模型及数值模拟软件研究了倾角式顶吹单孔氧枪对脱磷钢包内熔池流场所造成的影响,并且研究了倾角角度分别为39o、41o、43o、45o和17o的单孔氧枪对熔池的搅拌效果和冲击特性。研究表明：适当的倾斜角有利与熔池脱磷反应的进行,过大及过小的倾斜角会分别减小冲击深度及冲击直径导致熔池脱磷速率降低。当采用43o顶吹氧枪喷头喷吹时,冲击深度及冲击面积适中,熔池混匀时间及死区体积最小,钢液的平均流动速度最大,有利于促进钢包脱磷过程磷元素的扩散,从而提高脱磷效率。工业试验结果表明,43o脱磷氧枪具有更好熔池搅拌能力,在提高脱磷效果的同时降低了冶炼过程中的钢铁料消耗。     

2种浸入式侧吹模式下的熔池搅拌现象

在考虑流股成泡后各分散气泡形阻力的影响以及气液相运动时相间的滑移等条件的基础上,耦合了Sato模型和湍流分散力,建立了欧拉气液两相多流体模型;采用计算流体力学的方法对深侧吹和浅侧吹2种不同浸入式侧吹模式下熔池内两相流动状态和混合特性等进行了计算和比较.研究结果表明:浸入式侧吹能有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流;深侧吹比浅侧吹具有更强的搅拌能力和更快的混合速度,相间和相内传质速度更快,可以为高碳锰铁快速脱碳提供更加良好的反应动力学条件.     

超声波钢包精炼冷态模拟

以某钢厂180 t钢包为原型,进行超声波改善钢包熔池搅拌效果的冷态模拟实验。通过记录pH计示数变化研究底吹气体搅拌均混时间及超声波搅拌均混时间。实验结果表明,在底吹空气水模实验中,当吹气位置在距离中心为0.33R,流量为0.1 m3/h时,底吹气体搅拌所需的均混时间最短为50 s;超声波水模实验中,当波源伸入钢包的中心液面下25 cm处,输出功率1.8 kW,均混时间最短为35 s;在超声波和底吹气体联合实验中,当吹气位置在距离中心为0.33R,流量为0.1 m3/h,波源伸入钢包的中心液面下25 cm处,输出功率1.8 kW时,均混时间最短为48 s;可以看出超声波可明显缩短钢包均混时间,改善钢包精炼动力学条件。     

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。     

熔融还原合成渣中碳还原Fe2O3的发泡特性参数

测定了Fe2O3在熔融还原合成渣中被碳还原时，还原气体产生泡沫渣的高度与时间的关系，由发泡特性参数方程计算了不同条件下的发泡特性参数，从而可以对熔融还原过程中由内生气源引起的发泡过程进行定量描述，为在铁浴中控制泡沫渣现象提供了必要的基础。     

Simulation of three-phase flow and lance height effect on the cavity shape

A three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model was developed to simulate a 150-t top-blown converter. The effect of different lance heights on the cavity shape was investigated using the volume of fluid (VOF) method. Numerical simulation results can reflect the actual molten bath surface waves impinged by the supersonic oxygen jets. With increasing lance height, the cavity depth decreases, and the cavity area, varying like a parabola, increases and then decreases. The cavity area maximizes at the lance height of 1.3 m. Under the three different lance heights simulated in this study, all of the largest impact velocities at the molten bath surface are between 50 m/s and 100 m/s.     

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。     

钢包吹氩精炼过程钢水流动与混合行为的研究

结合鞍钢180t钢包吹氩搅拌装置的设备工艺条件，采用数学模型方法预报了吹氩搅拌过程中钢水循环流动和混合等冶金行为，分别探讨了吹氩方式和氩气流量对钢水循环流量和混匀时间的影响。     

邯钢250 t转炉吹炼参数对传质能力影响的实验研究

渣钢间传质速度决定了熔池元素的反应速度(尤其是脱碳和脱磷反应速度),并直接影响元素在渣钢间分配.本文以邯钢250 t转炉为研究对象,利用相似比1﹕9建立水模型,考虑供气流量、枪位和底吹位置因素研究转炉内传质能力.结果表明：加大顶吹供气强度和底吹供气强度能够大大提高熔池元素在渣钢间的分配;渣钢间传质系数随底吹气体流量降低而明显降低,建议底吹气体流量不低于0.06 m3·t-1·min-1;底吹孔数越多,渣钢间传质系数越大;底吹流量分配方案优于流量平均分配方案,建议采用.     

熔融还原竖炉—铁浴流程操作模型的应用

熔融还原竖炉——铁浴流程的操作模型可以用来计算煤在铁浴中气化、喷煤熔化废钢、竖炉预还原眨铁浴终还原过程的热平衡和物料平衡,模型计算结果与工业实验结果有较好的吻合。由此出发,对这一流程工艺参数的选择提出一些有益的建议。     

气体旋流喂丝枪的实验研究

研制了针对国内炼钢设备现状的气体旋流喂丝枪。该喂丝枪可直接套装在导丝管外进入钢液或铁液内部。完成了在大气压下的水模拟试验和压力水试验。在水模拟试验中,观察到了液面漩涡、液中气囊以及环流和旋流;在压力水试验中,测试了喂丝枪与不同丝配合的极限压力,即喂丝枪的特性曲线。根据Pfizer的工业实验数据,合理选择喂丝工艺参数,预计使用气体旋流喂丝枪的钙收得率会超过30%。     

二次铝灰低温碱性熔炼研究

研究利用低温碱性熔炼法提取二次铝灰中铝的过程.探讨碱灰质量比、盐灰质量比、熔炼温度、熔炼时间、不同添加剂和不同混料方式等因素对铝浸出率的影响.研究结果表明:优化条件为:碱灰质量比1.3、盐灰质量比0.7(NaNO3)或0.4(Na2O2)、熔炼温度500℃、熔炼时间60 min.湿混料可以提高铝浸出率,以NaNO3为添加剂干混料铝浸出率最高可达87.52％,以NaNO3为添加剂湿混料铝浸出率最高可达92.71％,以Na2O2为添加剂湿混料铝浸出率最高可达92.76％.     

Optimization of mixing time in a ladle with dual plugs

Based on the two-phase fluid (Eulerian-Eulerian) model, a mathematical model about the gas-liquid flow and mixing behavior was developed to investigate the effect of the offset of dual plugs, the included angle of dual plugs with a center point, and gas flow rate on the mixing time in a ladle with dual plugs. Numerical results indicate that two types of recirculation zones exist in the ladle. One is the middle recirculation between gas and liquid plumes, and the other is the sidewall recirculation between plumes and the ladle sidewall. The correction shows that the mixing time is in proportion to -0.2676 power of gas flow rate. There is a unique optimum offset of dual plugs with a particular included angle, in turn, a unique optimum included angle of dual plugs exits with a particular offset.