转炉氧枪聚合射流的数值模拟

选取三孔氧枪,建立了可以描述聚合射流特性的数学模型,利用FLUENT软件对转炉炼钢中聚合射流和传统射流分别进行数值模拟,并对模拟结果进行分析。结果表明,保护气体减缓了射流轴向速度的衰减,从而证明聚合射流氧枪在转炉炼钢中的优越性,为今后的研究和实际应用提供理论依据。     

束射流氧枪的射流特性研究

利用软件FLUWENT6.2.16模拟转炉集束射流氧枪的射流流场, 探讨了转炉集束射流氧枪的射流特性及衰减规律. 结果表明, 集束氧枪的射流衰减较超音速氧枪衰减减缓, 冲击力加大, 射流核心段长度平均增加约300mm; 集束射流流场的核心段长度随着工作压力的增大而增加, 结合使用成本, 在实际设计工作压力时有一最佳区间, 在转炉炉况条件下一般取值 0.8~0.9MPa 为佳, 同时核心段长度还受环氧温度影响, 随其升高而增加; 在转炉炉况条件下, 环氧流量取主氧流量约1/7 时, 射流的集束特性最为明显.     

集束射流氧枪的设计与应用

利用软件CFX10.0对电炉炼钢氧枪在集束射流和普通射流两种状态下的特征进行了数值模拟.通过结果对比,论证了集束射流氧枪的优越性,并且在安阳一炼轧厂100t竖式电炉使用并对其使用效果进行了分析.结果表明,安阳一炼轧厂电炉使用集束氧枪后,吨钢电耗平均降低了30kW·h,吨钢氧耗和生产成本等方面都有明显的优势.冶炼周期略有增加,主要在于采用的原料中铁水比例增加,导致周期增加.当热装铁水比处于50%左右时,吨钢氧耗、吨钢电耗、冶炼周期和生产成本均变化不大,所以建议铁水比保持在50%.     

转炉集束射流氧枪的射流特性研究

利用软件FLUW ENT6.2.16模拟转炉集束射流氧枪的射流流场,探讨了转炉集束射流氧枪的射流特性及衰减规律.结果表明,集束氧枪的射流衰减较超音速氧枪衰减减缓,冲击力加大,射流核心段长度平均增加约300mm;集束射流流场的核心段长度随着工作压力的增大而增加,结合使用成本,在实际设计工作压力时有一最佳区间,在转炉炉况条件下一般取值0.8～0.9MPa为佳,同时核心段长度还受环氧温度影响,随其升高而增加;在转炉炉况条件下,环氧流量取主氧流量约1/7时,射流的集束特性最为明显.     

转炉炼钢氧气射流技术

为了研究转炉炼钢氧气射流的应用情况,利用FLUENT软件模拟研究了集束氧气射流,并对比了集束射流和超音速射流的射流特性.在某厂35t转炉进行了集束射流的初步工业试验.试验结果表明:使用集束氧枪后的转炉炼钢脱磷效率提高,钢铁料消耗及氧气消耗均有所下降.     

AOD炉用氧枪射流特性的数值模拟

在AOD转炉炼钢过程中,氧枪射流的行为对7台炼效果起着决定性的作用,研究氧枪射流的特性,可以为优化氧枪喷头和氧枪操作工艺提供理论基础。采用标准,κ-ε双方程模型,分析了喷孔倾角对AOD转炉用氧枪射流特性的影响规律。结果表明,在相同的滞止压力（1．2Mpa）下,喷孔倾角减小,射流沿氧枪轴线方向的速度增大,在距喷孔不同距离横截面上动压的面积加权平均值的衰减速度降低。喷孔倾角增大,射流冲击半径增大。对110tAOD转炉,最优的喷孔倾角为9度到10度之间。     

三孔旋流喷头

氧枪是顶吹转炉的关键设备。研制新型的氧枪喷头,改善氧气射流对熔池的搅拌作用,以提高吹炼效果,一直是顶吹转炉研究的重要课题。北京钢铁学院于1975年开始进行三孔旋流喷头的水力学模型试验,试验结果表明,在三孔旋流喷头射流作用下,熔池的运动状态得到明显改善。为解决加强熔池搅拌的动力学条件开辟了一条新路。     

转炉氧枪喷头热负荷及冷却分析

利用商业软件FLUENT对传统氧枪喷头铜体及其冷却水内部流场进行了流固耦合数值模拟,发现传统氧枪喷头内冷却水流道中存在着流动"死区",影响了喷头的冷却效果.为了防止喷头变形或烧坏,提出在传统的氧枪喷头结构基础上另加若干条流线型导流筋的改进方案,并对新结构氧枪喷头的冷却效果进行模拟分析,获得了具有旋转流动的冷却水流场分布,同时增加了冷却水的湍流强度,因此强化了喷头的冷却效果.同传统氧枪喷头的冷却效果进行比较,发现改进后喷头端面整体温度平均下降达10℃,从而可大幅提高氧枪喷头的使用寿命.     

AOD炉氧枪射流参数的优化

为提高侧顶复吹AOD(Argon Oxygen Decarburization Furnace),即氩氧精炼法过程中的脱碳效率,提出对侧枪射流方式进行改进和参数优化,提高AOD炉寿命和降低耐火材料消耗。采用改进的N-S方程及湍流方程,对侧枪的射流参数建立模型,得到不同参数下,侧枪倾角和吹气速度对AOD精炼过程的影响。当枪个数为7、倾角为18°、射流速度为52.12 Nm3/h时是最佳工况。分析结果表明,通过对AOD炉冶炼时侧枪的射流建立并改进N-S模型,可以有效提高AOD炉炉龄。     

变角氧枪气体射流数值模拟

采用CFD流体模拟软件Fluent6.3,基于压力的分离隐式求解器,运用k-ε双方程模拟了四孔变角氧枪气体射流流场,分析了不同喷孔倾角下气体射流速度和动压分布规律,并确定了适宜的氧枪操作参数.结果表明,与喷孔倾角均为10.5°的喷头A射流相比,喷孔倾角变化1 °或0.5°情况下,气体射流流场基本相似;在射流方向上,射流速度分布和动压分布规律基本一致,喷头A的枪位控制在1 ～1.6m较为适宜;喷孔倾角变化1 °时,喷头B、C、D和E的枪位分别控制在1 ～1.6m、1～1.7m、1～1.8m和1～1.9m较为适宜;喷孔倾角变化0.5°时,喷头F、G、H和I的枪位分别控制在1 ～1.55 m、1～1.6m、1～1.65 m和1～1.75 m时更适于吹炼操作.     

A process model for BOF process based on bath mixing degree

The process model for BOF process can be applied to predict the liquid steel composition and bath temperature during the whole steelmaking process. On the basis of the traditional three-stage decarburization theory, the concept of mixing degree was put forward, which was used to indicate the effect of oxygen jet on decarburization. Furthermore, a more practical process model for BOF steelmaking was developed by analyzing the effect of silicon, manganese, oxygen injection rate, oxygen lance height, and bath temperature on decarburization. Process verification and end-point verification for the process model have been carried out, and the verification results show that the prediction accuracy of carbon content reaches 82.6% (the range of carbon content at the end-point is less than 0.1wt%) and 85.7% (the range of carbon content at end-point is 0.1wt%–0.7wt%) when the absolute error is less than 0.02wt% and 0.05wt%, respectively.     

高炉喷煤交叉式双枪的基础研究

在冷态模拟实验中，就交叉射流的参数对主变形率的影响进行了研究，增加交角、提高出口动量比和保持两枪之间适当的距离都有利于提高混合效果，对不同类型喷枪的煤粉燃烧率进行了热态模拟实验，发现采用交叉式氧煤双枪和双煤枪可以获得比单枪较高的燃烧率，这表明交叉射流为煤粉在风口前的燃烧提供了良好的传热和传质条件。     

炼钢用等圆截面喷管的简化计算

按照可压缩粘滞性气体摩擦管流的基本原理,并考虑喷流的气体动力学特点,利用气动函数推出的表示喷管主要结构特征的喷管直径D 的计算公式和摩擦管流数值表进行喷管计算,方法简捷,计算结果准确。     

高炉氧煤枪富氧喷煤氧煤混合特性

研究了高炉采用氧煤枪富氧喷吹煤粉时氧气与煤粉的混合特性，在直吹管内，氧浓度和煤粉浓度在横截面上类似高斯分布；沿轴线按指数规律衰减；并可分别形成局部富氧区域和煤粉富集区域，分析结果表明，这两个区域可以基本匹配，但难以严格地重合，改变氧煤枪结构可以改变局部富氧区域和煤粉富集区域的大小和匹配状况；调节氧煤枪位可以按工艺要求改变它们在直吹管中的位置。     

高炉氧煤枪煤粉浓度场的研究

利用于发的红外透射法粉体浓度计算机测定系统，在高炉氧煤喷吹气－固两相流动模拟装置上测定了氧枪的煤粉浓度场。结果表明，在直吹管内氧煤枪出口前端截面附近，煤粉浓度呈不对称分布状态。在射流流动方向所对应的半径一侧，煤粉浓度较大，但通过调节枪位可以改善这种状况。直吹管内气－固两相的掺混甚为剧烈，使得在氧煤枪出口前端轴向距离为２．５倍，直吹管直径的截面上气－固两相混合均匀。     

高炉炉前供氧与安全控制系统及其计算机控制

在分析高炉富氧喷煤对炉前供氧系统的要求之基础上,研究开发了高炉炉前供氧与安全控制技术。所研制的我国首台高炉炉前供氧及安全控制系统可分别在氧煤枪和风口出现事故时对单支管进行断氧吹氮保护。为了满足不同等级高炉的要求,进行了系列化设计并采用计算机控制,可以实现参数设置,系统监控、流量及压力显示和记录。