金属熔池中顶吹气流穿透深度的实验研究

根据力的平衡原理，考虑壁面效应，建立了悬挂式顶吹气体射流无量纲穿秀深度的理论计算公式，计算表明，无量纲穿透深度随正弗鲁德数的增大而增加，且随无量纲枪位的增大而减小，通过在铅－锡－饿合金熔池中顶吹氩气和氦气的热态实验对计算公式的合理性做了验性。     

RH真空精炼脱碳速率的物理模拟研究

以某钢厂210 t RH装置为研究对象,利用水力模型对现场生产过程进行物理模拟,研究驱动气体流量、顶吹气体流量、枪位、浸入深度和真空度对脱碳速率的影响.结果表明,随顶吹气体流量的增大,脱碳速率明显增大;随插入管浸入深度的增大,脱碳速率略有增大;随真空度的增大、枪位的减小,脱碳速率逐渐增大;驱动气体流量对脱碳速率的影响很小.真空度为3 616 Pa、枪位为40 mm、插入管浸入深度为125 mm、驱动气体流量为4.0 m3/h和顶吹气体流量为4.8 m3/h时,脱碳速率最大.     

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     

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.     

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.     

氧气转炉的氧枪喷头优化及操作改进

为使转炉冶炼与连铸生产更好地匹配,通过对80t转炉氧枪喷头和顶底吹的操作改进,使供氧时间平均缩短了1.5min,并减少了冶炼终点钢水溶解氧和渣中铁损。同时评估氧气射流冲击熔池的深度、吹炼过程渣成分的演变以及钢水的氧化性,提出了终点钢水溶解氧含量与指数VO2/w[C]以及转炉炉龄之间的关系。     

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。     

环境温度对转炉顶吹氧枪射流特性的影响

联合标准的k-ω湍流模型和雷诺平均的N-S方程,建立了转炉多喷孔氧枪超音速射流可压缩、非等温过程的三维CFD模型,模型的有效性通过实验进行了验证.考察了温度对气体分子黏度的影响,研究了不同温度场下射流动力学特性.结果表明:环境温度对射流速度、密度及温度分布有较大影响,环境温度越高,射流密度越小,速度衰减越慢,速度越大,并且射流径向扩张越厉害;温度越低,射流越易于聚并.随着射流的轴向流动,温度场对射流动压的影响逐渐减小,即射流对熔池的冲击力受环境温度影响减弱,但冲击面积随温度的提高而增大.     

超音速气射流破煤机理及其影响因素研究

气射流破煤是高压气体经喷嘴加速,在空气中自由发展,最终冲击破煤的连续综合过程。基于空气动力学与岩石力学理论,利用气射流破煤的连续过程机理。制取4种不同强度的试块进行的气射流破煤影响因素研究,分析不同恒定条件下,高压气射流冲击形成的冲蚀坑深度和面积的影响。存在最优靶距为30mm、最优喷嘴规格为2.75Ma和3.5Ma以及冲蚀坑深度随着喷嘴入口压力的不断提高总体呈不断增大的趋势,冲蚀坑面积亦呈现随着喷嘴入口压力提升而增大的趋势。     

倾斜侧吹粉气流在熔池中射流轨迹的研究

根据量定理和卷吸理论，建立了倾侧吹粉气流在熔池中射流轨迹的数学模型，结果表明，射流垂直穿透深度随弗荣或喷嘴向下倾角的增加而增大，但随密度比的增加而减少。     

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.     

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.     

Water model experiments of multiphase mixing in the top-blown smelting process of copper concentrate

We constructed a 1:10 cold water experimental model by geometrically scaling down an Isa smelting furnace. The mixing processes at different liquid heights, lance diameters, lance submersion depths, and gas flow rates were subsequently measured using the conductivity method. A new criterion was proposed to determine the mixing time. On this basis, the quasi-equations of the mixing time as a function of different parameters were established. The parameters of the top-blown smelting process were optimized using high-speed photography. An excessively high gas flow rate or excessively low liquid height would enhance the fluctuation and splashing of liquid in the bath, which is unfavorable for material mixing. Simultaneously increasing the lance diameter and the lance submersion depth would promote the mixing in the bath, thereby improving the smelting efficiency.     

喷动流化床射流穿透度智能拟合

在三维冷态试验台架上对喷动流化床射流穿透度进行了实验研究,得出了射流穿透度随喷口尺寸、载气密度、喷动气速的增大而增大,随静止床高、颗粒尺寸、颗粒密度、流化气率、载气黏度的增大而减小的结论.在实验研究的基础上利用最小二乘支持向量机对射流穿透度与喷动流化床主要设计参数之间的数值关系进行了智能拟合,并利用自适应遗传算法优化了最小二乘支持向量机的初始参数.通过15个预测样本的检验,最小二乘支持向量机模型的预测平均相对误差减小至4.0%,其性能大大优于常用的经验公式以及神经网络.     

玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩的静破甲特性研究

为研究玻璃及玻璃/钨复合材料药型罩射流与靶板间的反应及其对破甲性能的影响,对两种材料射流侵彻后的45钢靶分别进行组织和性能测试分析.结果表明:玻璃药型罩适合在较大炸高条件下使用,而玻璃/钨药型罩适合在小炸高条件下使用.侵彻过程中玻璃射流与钢靶之间不发生反应,而玻璃/钨与钢靶之间发生反应生成了Fe-W相,使得射流能量部分横向耗散.玻璃及玻璃/钨射流在侵彻钢靶的过程中均会引起弹孔表面发生马氏体相变,且随着侵彻的深入,相变区域宽度呈增加的趋势.      

薄板坯连铸工艺因素对结晶器非稳定流场特征参数的影响

利用波高仪和粒子示踪法在1∶1的水力学模型中研究了薄板坯连铸工艺参数对结晶器内非稳定流场特征参数的影响.结果表明:流场特征参数随时间变化具有一定的周期性.随着拉坯速度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高增加;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围增大,周期减小,结晶器内流动不稳定程度增大.随着水口浸入深度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围减小,周期增加,流场不稳定程度减小.随着水口出口角度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;对于较大的水口出口角,尽管结晶器内流场非稳定流动范围较大,但是流场的运动周期较大,液面波动的非稳定程度却较小.     

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．     

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。     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.