复吹转炉底吹非均匀供气对熔池搅拌混匀的影响

摘要：为了强化转炉熔池的搅拌,在200t复吹转炉1∶12的模型进行物理模拟试验,研究了底吹非均匀供气对转炉复吹和纯底吹熔池的搅拌混匀效果;采用数学模拟的方法计算了纯底吹条件下,转炉采用底吹非均匀供气时的熔池流体流动。研究结果表明,在所研究的不同的底吹非均匀供气方案中,与底吹均匀供气方案相比,线性底吹非均匀供气方案有利于改善转炉熔池搅拌效果,最佳的底吹非均匀供气方案的混匀时间比均匀供气降低了19%～25%。复吹时底吹非均匀供气的混匀时间降低程度要比纯底吹的非均匀供气大,即复吹条件下,底吹采用非均匀供气更有利于熔池搅拌混匀。采用线性底吹非均匀供气方案时,在熔池内形成了明显的大循环非对称流动,有利于整个熔池内的对流传质,从而缩短了混匀时间。     

100 t顶底复吹转炉水力学模型研究

利用100t顶底复吹转炉进行水力学模型实验,研究纯底吹条件下不同底吹供气元件布置方案对熔池搅拌效果的影响,在此基础上,设计正交试验,分别研究复吹条件下底吹流量、顶吹流量和枪位对熔池混匀时间、冲击直径及冲击深度的影响.研究结果表明:底吹供气元件布置方案对熔池混匀效果影响很大;在顶底复吹条件下,顶吹流量对熔池混匀效果影响最大,且对于熔池冲击直径和冲击深度,顶吹流量和枪位起主要作用,底吹流量对其影响不大.     

复吹转炉底吹非均匀供气对熔池搅拌混匀的影响

为了强化转炉熔池的搅拌,在200 t复吹转炉1∶12的模型进行物理模拟试验,研究了底吹非均匀供气对转炉复吹和纯底吹熔池的搅拌混匀效果;采用数学模拟的方法计算了纯底吹条件下,转炉采用底吹非均匀供气时的熔池流体流动。研究结果表明,在所研究的不同的底吹非均匀供气方案中,与底吹均匀供气方案相比,线性底吹非均匀供气方案有利于改善转炉熔池搅拌效果,最佳的底吹非均匀供气方案的混匀时间比均匀供气降低了19%～25%。复吹时底吹非均匀供气的混匀时间降低程度要比纯底吹的非均匀供气大,即复吹条件下,底吹采用非均匀供气更有利于熔池搅拌混匀。采用线性底吹非均匀供气方案时,在熔池内形成了明显的大循环非对称流动,有利于整个熔池内的对流传质,从而缩短了混匀时间。     

转炉底吹供气方式对熔池混匀效果的数值模拟

通过数值模拟的手段,以北方某钢厂300 t转炉为原型,建立了转炉底吹的三维模型。研究了在非均匀供气制度下转炉底吹氩气对转炉混匀效果的影响,优化了设计方案。结果表明,随着底吹氩气流量的增加,熔池内平均流速和平均湍动能均增加,弱流区比例减小,但死区比例降低的幅度不大。单个透气砖氩气流量为440 m3/h时,流量分配比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的平均速度分别0.189、0.204、0.167和0.168 m/s,死区比例分别为17.5%、11.60%、23.53%和20.23%。流量分配比为2∶1时转炉混匀效果最好,1∶1时次之,4∶1时再次,分配比为3∶1时混匀效果最差。     

210t转炉底吹供气参数优化模拟研究

摘要：为优化某厂210t转炉底吹供气效果,利用气 液两相流相互作用数值模拟方法,研究了底吹元件数量、布置方式和供气强度变化对熔池搅拌效果的影响。通过对8支、10支、12支底吹元件数量下的作用效果分析,得出12支底吹元件布置在0.63D(D为熔池直径)的同心圆上时,熔池内钢液流动相对较稳定,“死区”比例最低,混匀时间最短。随着底吹强度增大,“死区”面积减少,混匀时间缩短,气流对炉底的侵蚀作用加剧。底吹强度为0.05m3/（min·t）时,“死区”比例为23.9%,底吹强度为0.10m3/（min·t）时,“死区”面积大幅降低,进一步提高至0.20m3/（min·t）时,“死区”比例降低至4.6%;当底吹强度增加至0.15m3/（min·t）时,熔池混匀时间大幅降低至30s,继续提高底吹强度,混匀时间降幅不大,将底吹强度控制在0.10~0.15m3/（min·t）之间比较合理。     

120t复吹转炉底吹供气优化的模拟研究

针对天津钢铁集团有限公司120t复吹转炉,通过水力学物理模拟对转炉底吹供气进行了优化研究,寻求合理的底吹供气模式并进行生产实践。结果表明：转炉底吹对转炉熔池搅拌有很大的影响,喷嘴数目增加,熔池混匀时间有减小的趋势,与喷嘴流量均分模式相比,流量直线模式和“V”型模式混匀时间都得到改善,直线模式更有利于熔池的搅拌;优化后转炉冶炼有较大幅度的改善,转炉终点命中率提高,碳氧积更稳定,达到了强化转炉冶炼的目的。     

120t复吹转炉底吹布置对熔池混匀的影响

转炉底吹的布置和流量控制对转炉熔池混匀的影响至关重要，是决定碳氧反应、脱磷反应的动力学条件。为了给国内某钢厂120 t转炉的底吹供气元件布置方式提供理论依据，通过水模试验，研究了不同底吹布置方案及底吹流量对熔池搅拌均匀混合时间的影响，为确定最优底枪布置方式提供参考。结果表明，在保持其他参数一致的条件下，转炉底吹采用环形布置，底枪夹角为40°、底吹半径R=0.55D的混匀效果较好；通过比较发现，非对称布置混匀效果要优于环形对称布置。实际应用过程中，若考虑对炉龄的影响，建议选择环形对称布置方式(夹角40°、R=0.55D);若忽略对炉龄的影响，建议选择非对称布置方式。     

复吹转炉顶吹枪位与非均衡底吹搅拌的水模拟

为优化120 t复吹转炉冶炼效果，通过水模型试验，模拟研究了复吹转炉底吹强度、顶枪枪位、底吹排布方式和流量分配比对渣 钢间传质效果和熔池混匀时间的影响。研究表明，在相同底吹条件下，顶枪低枪位操作时渣 钢间传质系数比高枪位操作时渣 钢间传质系数大，且随着底吹流量分配比增大，渣 钢间传质系数先增大后减小。在相同顶枪枪位操作条件下，底吹元件间隔排布时，渣 钢界面传质效果总体优于连续排布。随着底吹流量分配比增大，高枪位和低枪位混匀效果变化趋势近似相反。在高枪位下，底吹元件连续排布混匀时间总体少于底吹元件间隔排布时对应的混匀时间；在顶枪低枪位操作条件下，底吹元件连续排布混匀时间总体大于间隔排布混匀时间。通过顶枪枪位、底吹排布和流量分配比的合理匹配，较传统均衡流量底吹模式，传质系数可提高30%～125%，混匀时间可减少8.6%～51.5%。     

转炉底吹枪优化布置的数值模拟

为了优化转炉底吹搅拌效果,以某钢厂转炉为研究对象,运用软件Ansys-Fluent建立三维Euler数学模型,研究了底枪支数对底吹氩转炉内钢液混匀行为的影响规律。结果表明,4支底枪分布,单支底吹流量大,熔池内回流区发展充分,底吹元件不易堵塞,并且熔池内钢液的平均速度大,弱流区、低速区和死区的范围小,混匀时间短,是最佳的底枪支数分布。部分底枪集中布置的8支和12支分布,流动形式等效于4支底枪分布,但能量的利用率较低,这种多支底枪分布有利于熔池上半部分的混匀,但是由于底吹元件多,单支底吹流量小,对炉底的搅拌作用差。实践表明,采用4支底枪分布,转炉吹炼终点各项技术指标得到很大的改善,与数值模拟结果相符合。     

复吹转炉模型实验中非等温问题的模化研究

针对转炉顶吹氧枪或底吹喷枪喷出的气体，从常温状态迅速升温达到炉内高温状态，体积急剧膨胀的实际生产情况，设计制作了非等温矫形模化实验模型，实验研究复吹转炉熔池内的流动及搅拌混匀特性，流体对炉壁的冲刷作用。与未考虑温度影响的常规等温模型实验比，搅拌混匀需要的底吹供气强度降低，对炉壁的冲刷作用稍弱。     

转炉超音速氧枪喷头磨损后的吹炼特性变化

 转炉氧枪喷头会随枪龄的增加发生不同程度的侵蚀,为了探究氧枪喷头侵蚀程度对超音速气体射流吹炼特性的影响,建立了120 t转炉及超音速氧枪的三维全尺寸几何模型,研究了氧枪喷头不同磨损角度对气体射流特性、熔池速度及壁面侵蚀的影响。发现随着磨损角度增加,射流速度衰减加快,射流核心区长度缩短,同一等速线长度缩短,射流中心最大速度和最大速度点距中心距离增大。射流动压衰减速度随磨损角度增加而加快,磨损角度由0增至20°,距喷头端面1.5 m处最大动压减小了14.84%,14 000 Pa等压线包围面积由0.038 m2减小至0.002 m2。钢液面处高速区面积随着磨损角度增加而减小,死区面积随着磨损角度增加而增大。熔池纵截面高速区域主要分布在冲击凹坑和底吹元件附近,低速区域主要分布在熔池底部,死区主要分布在熔池底部中心和炉壁下部区域。当熔池深度小于0.6 m时,顶吹气流对熔池的搅拌起主要作用,磨损角度增加,熔池搅拌能力变弱,熔池横截面高速区面积减小,低速区和死区面积增大;当熔池深度大于0.6 m时,底吹气流对熔池搅拌起主要作用,高速区面积基本不变。渣-金作用区域和底吹流股附近流体湍动能较大、壁面剪切应力较为集中,该部位耐火材料侵蚀严重。熔池壁面附近流体湍动能和壁面剪切力随磨损角度增加而降低,转炉炉衬侵蚀速度减小。     

大型转炉顶底复吹混合效果模拟

 为研究复吹参数对脱磷转炉混匀行为和脱磷效果的影响,根据相似原理,针对300 t双联脱磷转炉进行实验室的水模拟试验,研究了21种不同底吹元件数量和布置方式,顶吹强度、氧枪枪位以及底吹强度对熔池混匀效果的影响,利用数值模拟方法进行了进一步的分析比较。结果表明,采用8支底吹元件的对称集中布置方式,同时保持较大流量的底吹强度可加强对熔池的搅拌效果。通过工业试验得出,半钢平均磷质量分数由试验前的0.024 9%降低到0.017 3%,半钢脱磷率由试验前的75.3%提高到85.4%,提高了熔池整体的搅拌效率和脱磷效果。     

260t转炉用新型双结构氧枪水模实验与工业应用

摘要：为克服传统氧枪在转炉炼钢工艺技术中的局限性,利用水模型实验对不同结构的新型双结构氧枪与转炉熔池的作用过程进行研究,分析了新枪的大小孔倾角、大小孔流量比对冲击坑形态以及熔池搅拌强度的影响。结果表明：双结构氧枪与熔池作用形成的冲击坑独立较好;对比其他变量,小喷孔倾角对冲击坑直径的影响更大,大喷孔流量比对冲击坑深度以及熔池搅拌强度的影响更大。将双结构氧枪应用于260t转炉并统计110炉吹炼效果发现,双结构氧枪的平均吹氧时间比目前的5孔氧枪缩短了45s,平均供氧强度提高了0.16m3/(t·min),平均钢铁料消耗降低了15kg/t,终渣成分和渣量与原5孔氧枪的差别不大。     

180 t转炉聚合射流流场的水力学模型的实验研究

采用几何相似比1∶10水模型对180 t顶底复吹转炉内射流与熔池相互作用进行模拟试验,研究了在最佳枪位(150 mm)时氧气流量(38~42 m³/h)对均混时间的影响以及最佳顶枪流量(39 m³/h)下聚合射流氧枪枪位(40~150 mm)对均混时间的影响。结果表明,聚合射流氧枪对熔池的搅拌效果完全能达到顶底复吹的搅拌效果,如能在转炉冶炼工艺中应用,可取消底吹系统,简化转炉设备,提高转炉炉龄。     

气体流量对底吹炼铜炉吹炼过程的影响

首先利用Fluent软件对底吹炉用的氧枪内气体流动过程进行模拟研究,分析了三种工况下进口参数与气体流量的对应关系,给现场进行流量调节提供了理论依据。然后以氧枪出口气体的流动参数作为边界条件,利用VOF模型对底吹炉渣、铜锍、粗铜、空气四相流动过程进行模拟研究。研究了不同流量下的熔体流动规律,包括熔池内的密度分布、熔池平均速度、液面波动状况以及喷溅量等。当气体流量为0.43kg/s时,熔池内的平均速度较高,混合强度大,但是也会造成液面波动和喷溅量过大的现象,严重时会导致下料口堵塞,影响正常生产过程。     

自旋转氧枪对熔池混匀时间影响的冷态模拟

摘要：针对传统氧枪对熔池搅拌能力有限,无法高效冶炼磷含量较高铁水的问题,设计一种新型自旋转氧枪,并建立了相应的冷态模拟系统,对比研究了自旋转氧枪与传统氧枪对熔池混匀时间的影响规律。结果表明,随着顶吹、底吹流量的提高以及枪位的下降,熔池混匀时间均缩短;自旋转氧枪对熔池的搅拌效果明显优于传统氧枪,熔池流场更加均匀;转速分别为0、3.14～5.23、7.33～9.42、11.51～13.61rad/s时,混匀时间分别降低12.0%、23.8%、24.4%、8.1%;能量密度的变化对混匀时间的影响小于传统氧枪。     

130 t直流电弧炉喷吹过程的优化模拟

在当今经济健康发展的背景下,电弧炉炼钢凭借其污染小、流程短和产品多样的特点,已逐渐成为各大钢铁企业大力发展的对象,在整个钢铁生产的地位比以往的每个时候都要重要,而电弧炉熔池的流动状态会直接影响电弧炉的冶炼效果,这主要与氧枪喷吹强度和布置方式有关.为研究不同工况条件下电弧炉流场的变化,为大型电弧炉选取最合适的工艺参数,以...     

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Taking water- model experiments of a 300 t dephosphorization converter, when under eight bottom blowing element, different bottom blowing arrangement, the size of the bottom blowing flow rate and top blowing parameters on the influence of the molten pool mixing effect was studied. From the research, when the bottom blowing elements concentrated and symmetrically arranged in the furnace bottom of 0. 42D on the circumference of a circle, the bottom blowing flow rate is 2. 94m3/h, the lance height is 58?D88mm, the blending effect of the molten pool is best. When the scrap ratio reaches to 10%, the mixing time increases greatly, and different single scrap has similar influence on mixing time. For a 1. 5 t scrap, the bottom blowing flow rate must reach to 4010m3/h, the scrap can meet the suspension energy, when the top blowing flow rate is 30000m3/h. The research results can provide reference for optimization of practical operation parameters.