120t顶底复吹转炉水模研究

采用水力学模型试验，通过测定熔池均匀混合时间长短，确定复吹转炉底部供气元件最佳位置和供气量。结果是单支底部供气元件偏心布置在炉底耳轴方向０．４Ｄ位置，供气量在０．５５７￣０．９２８ｍ＾３／ｈ的复吹熔池均匀混合时间最短。     

顶,底吹氧及天然气复吹转炉熔池搅拌能的分析

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。     

150t复吹转炉熔池传质及合适的底吹气量

通过水模型实验研究了复吹转炉中顶吹、底吹及熔池产生的CO气流对熔池的搅拌作用。按正交实验设计法,由实验得出吹炼中期和后期影响熔池内传质的主要因素及合适的顶吹和底吹气量。在高速脱碳期,顶吹和底吹气流的搅拌作用与CO气流的相比可忽略不计;在脱碳后期,底吹气流对熔池的搅拌起主要作用。在吹炼后期,底吹气量为5Nm~3/h时可达到最佳的搅拌效果。根据水模型实验结果,回归整理出混匀时间和容量传质系数的准数方程。     

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。     

复吹转炉熔池内流体流动的数值模拟

建立了描述复吹转炉熔池内流体流动的数学模型,采用PHOENICS（Parabolic Hyperbolic or Elliptic Numerical Integration Codes Series）商用软件模拟计算．根据模拟计算结果分析了底吹、顶吹、顶底复吹等不同工况下熔池内不同截面流体的流动状况和速度分布,得出各喷枪正常工作情况下,熔池内的流动是以转炉中心轴对称的三维流动,底吹、顶吹搅拌流动的动力主区和流动迟缓的旋涡区,提出在实际生产中应设法减少或消除的流动“死区”,转炉采取顶底复吹工艺时,底吹喷枪的合理布置位置应在熔池直径的（0．5～0．7）倍圆周上．     

转炉气相定碳的热模拟

建立了转炉内钢液含碳量动态检测的数学模型，并在５０ｋｇ感应炉上进行了热模拟试验，结果表明：利用质谱仪连续分析炉气成分迅速而准确，计算出的炉气流量精度较高；利用数学模型定碳误差为０．０３％，产生误差的原因是炉子容量小，喷溅等对钢水损失影响大，在大生产上，因为炉量大，其它条件也较优越，预计气相定碳精度可大大提高。     

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．     

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.     

侧吹炼铜过程中乳化现象的模拟

为定量描述熔炼过程中乳化现象,首先建立了基于相似原理的物理模型,然后使用高分辨率相机和Image Pro-Plus 6.0软件考察了气体流量对熔池内乳化层的形成、乳化液滴尺寸分布的影响规律,最终建立了传质界面面积ɑ的估算方法.结果表明:乳化液滴的体积表面积平均直径值(SMD)随着气体流量的增大而减小,乳化层内ɑ值随着气体流量的增大几乎呈线性增长,铜锍与渣的分离可由重力和扩散传质引起.     

150t钢包精炼过程的物理模拟

在相似原理的基础上,对天津钢管公司150t钢包精炼吹氩过程进行了水模拟实验(模型、原型几何比例为1:4).实验发现,原型钢包吹氩位置不尽合理,透气砖顶面面积偏小,吹氩流量偏大.通过对以上三指标的优化,确定合理的吹氩工艺参数为:将吹氩孔位置由原来的距钢包底中心分别为0.555R和0.634R移动到1/3R处,将透气砖顶面直径由原来的16mm扩大到35mm,吹氩流量减少到0.44m3-h-1.水模拟实验为原型钢包的工艺改进提供了依据.     

复吹转炉底吹喷粉的物理模拟

建立了底吹喷吹石灰石粉的冷态模型:用水模拟钢水,用浸盐的空心Al2O3模拟石灰石粉,用真空泵油模拟炉渣,研究了复吹转炉底吹喷粉的重要参数粉剂分布和粉剂穿透比.考察了不同底吹布置条件下的粉剂分布,利用图像处理法确定了最佳的底吹布置方式.在最佳底吹布置方式条件下,考察了不同固气比和粉剂粒度对粉剂穿透比的影响;结果表明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固气比为30~40,粉剂粒度为0212~0380mm.     

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.     

DC─EAF熔池电磁搅拌与传热的数值计算

本研究应用Ｓｐａｌｄｉｎｇ数值计算方法，移植顶吹转炉成功的数模与计算软件，加入电磁场洛仑兹力，在理论分析的基础上研制了３０ｔ底电极直流电弧炉熔池电磁流场温度场数学模型，开发了计算软件，计算了流场、温度场。     

底吹条件对电弧炉熔池表面突起高度的影响

用３０ｔ底吹电弧炉１：７水模型探讨了底吹喷嘴孔数，孔径，气体搅拌功率及熔池深度对液面突起高度及上升速度的影响；得到了液面突起高度液体上升速度与气体搅拌功率的关系分别为：Δｈ＝０．３６１，Ｗ＾０．６６４，ｖＬ＝８４．１４４．Ｗ＾０．３３２，液面突起高度与气体搅拌功率及熔池深度的关系为：Δｈ＝０．８１５．Ｗ＾０．６６４．ｈ＾－０．６５９。     

电弧炉底吹搅拌混合特性的水模型研究

用实炉为３０ｔ电弧炉，缩尺为１：７的水模型确定了底吹气体流量，喷嘴孔径及孔数，喷嘴布置方式，液体深度对溶液均匀混合时间的影响，结果表明，底吹气体搅拌能密度增大，溶液均匀混合时间短，二者间的关系可用回归方程ｒ＝ｋε＾－ｎ表示；搅拌能密度相同时，均匀混合时间随喷吹点的增加而缩短，最佳喷吹点为中心圆及电极圆４孔，最佳喷嘴孔径为１．０～１．５ｍｍ均匀混合时间随溶液深度的降低而缩短。     

搅拌对箱式混合澄清槽流动性能的影响

针对当前混合澄清萃取槽存在的问题,提出了改进的新型混合澄清萃取槽.采用专业的流体力学数值模拟软件ANSYS/FLUENT,对新型萃取槽内流场情况进行了模拟研究.结果表明,在油水两相流速分别为0.22和0.11 m/s,混合室搅拌转速为800 r/min,澄清室搅拌转速为20 r/min时,与传统萃取槽相比,在搅拌作用下,新型萃取槽澄清室内桨叶附近的混合带更窄,两相分离效果更佳;混合室内桨叶上下方流场呈涡旋流,与六直叶涡轮桨搅拌特点相符.     

底吹电弧炉水模型熔池内气液综合传质系数的测定

根据溶液的ｐＨ值与ＣＯ２溶解量间的关系，测定了３０ｔ底吹电弧炉１：７水模型中溶液的气液总综合传质系数（ｋ，Ａ）与液体表面的气液综合传质系数（ｋＬＡ）ｓ由此计算了气泡区综合传质系数（ｋＬＡ）Ｂ。结果表明，底吹ＣＯ２后气泡区与表面区均因发生吸气反应而使溶液ｐＨ值降低，综合传质系数（ｋＬＡ），（ｋＬＡ）Ｂ和（ｋＬＡ）Ｓ均随气体流量增大而增大，且回归得到了（ｋＬＡ）（ｋＬＡ）ｓ与气体流量Ｑ之间的关系分别为     

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。