RH精炼过程气体喷吹角度对多相流动及传质的影响

当前，在我国制造业高质量发展和“双碳”战略下，钢铁工业的高端、绿色、低碳、高效率的创新发展十分关键。RH精炼具有脱碳、脱气、脱硫、去除夹杂物及调整钢水成分等冶金功能，已成为轴承钢等诸多高品质钢生产的重要工序之一。本研究工作基于提高RH上升管气泡分散度、扩大气泡与钢水相互作用范围的思路，创新性的提出了旋转喷吹新技术，通过简单改变上升管气体喷吹角度，实现上升管内钢水的旋转流动，而钢水旋转流动进一步促进气泡的弥散分布，从而充分发挥气泡对钢水的提升作用，提高上升管横截面速度分布的均匀性和RH精炼的循环流量。本文首先开展了传统喷吹条件下的数值模拟和水模型实验研究，结果表明，气体流量为40 L·min-1时，数值模型预测的混匀时间与水模型实验测得的结果吻合较好，在选定的三个监测点位置，模型预测值与水模型实测值的误差在1.3%~7.3%范围内，证明了数值模型的可靠性；其次，开展了不同气体喷吹角度对RH精炼过程多相流动及传质行为的影响，研究表明，传统喷吹角度下的循环流量为9 kg·s-1，当喷嘴水平旋转30°或45°时，循环流量提高了约15%，此外，预测的三个监测点的混匀时间分别缩短了约21.3%、28.2%和12.3%。喷吹角度为30°和45°时，对128个气泡的统计分析表明，气泡在流体中的平均停留时间增加了约33.3%。研究表明，新的喷吹技术有利于提升RH循环流量和混匀时间，有望为进一步提升RH精炼效率提供了重要解决思路。