底吹过程喷射区含气率分布及气-液上升速度模型

用热膜探针、自制电位探针和微机控制组成的在线测量系统对底吹过程喷射区的含气率分布及气液上升速度分布进行了模型实验研究。通过大量实验得出了考虑各种喷吹参数的含气率分布模型并应用受力与动量守恒方程导出了气-液上升速度分布模型。该模型能够较好地符合上升初始段及中间段的气泡上升速度。它比全浮力模型前进了一步,但尚不能较好反映近液面处一段的实际情况。     

喷射冶金过程气液相接触面积的计算及实验测定

1.喷射冶金过程气液相的接触面积可近似用下式计算: A/d_(ni)~2=651.2·Fr~(0.341)·(H/d_(ni))~(0.314) (1)式中 A——气液相接触面积,cm~2; d_(ni)——喷枪内径,cm; H——喷枪插入深度,cm; Fr=(ρ_g·u_0~2)/((ρ-ρ_g)·g·d_(ni)),Froude准数。 2.证实了喷射冶金过程液相中气泡尺寸的对数正态分布,在此基础上建立了一种新的计算A值的数学模型,其计算结果可与(1)式基本吻合。 3.在水模型和150kg感应炉上进行了实测A值的实验,其结果为(1)式的实用性提供了证据。     

铝合金旋转喷吹除气净化过程熔体内部流场的计算机模拟

采用计算机模拟方法从体积分数分布、压力分布以及流场速度分布等方面对铝合金熔体旋转喷吹除气净化过程的内部流场进行分析.结果表明:旋转速度和进气流量对铝合金熔体旋转喷吹除气净化过程内部流场具有重要影响,应该根据具体情况选择一对合适的工艺参数.     

贫化电炉气液混合顶吹的气泡群形态及搅拌效果

针对贫化电炉还原油枪中气、油混合顶吹对渣层搅拌效果的研究,等比例制作贫化电炉水模型,进行气液混合喷吹实验。实验结果表明：顶吹气液两相混合射流在熔池中形成大小不一的气泡或气泡群,气泡本身的形变、破裂以及气泡间的团聚运动决定了油枪对熔池的搅拌效果。通过测量不同流量下气泡群尺寸的变化,分析气液流量混合比对熔池搅拌效果的影响。     

底吹气体参数对透气砖侵蚀速度的影响

为了研究底吹气体喷吹参数(压力、流量、喷孔直径等)对透气砖侵蚀速度的影响,对比了食盐、硼砂、碳酸钠和不同比例的食盐与碳酸钠的混合物在水中的溶解速度,选定天然盐砖来模拟透气砖材质进行侵蚀水模拟试验。以水模拟钢水,在1∶10的有机玻璃模型中喷吹压缩空气,改变喷吹参数(压力、流量和喷吹时间),测量喷吹前后透气砖喷孔尺寸的变化,计算喷孔的侵蚀情况(径向侵蚀速度、轴向侵蚀速度和侵蚀角),构建气体的喷吹参数与透气砖侵蚀速度之间的关系。根据喷孔尺寸、气体的喷吹参数和无量纲数(修正的弗劳德数、雷诺数和表观马赫数等),对喷吹气体进入熔池中的流动状况进行分析,如气流中气泡的当量体积和当量直径、喷吹过程中所形成的气柱高度、气泡流和喷射流的转变等。研究结果表明,透气砖喷孔的轴向侵蚀和径向侵蚀速度均随底吹供气流量提高而增大,侵蚀角受喷孔直径、气体流量的影响很小,采用直径较小的喷孔,可以提高底吹气体对熔池的搅拌效果。研究结果对复吹技术的提高具有参考意义。     

底吹气体参数对透气砖侵蚀速度的影响

为了研究底吹气体喷吹参数(压力、流量、喷孔直径等)对透气砖侵蚀速度的影响,对比了食盐、硼砂、碳酸钠和不同比例的食盐与碳酸钠的混合物在水中的溶解速度,选定天然盐砖来模拟透气砖材质进行侵蚀水模拟试验。以水模拟钢水,在1∶10的有机玻璃模型中喷吹压缩空气,改变喷吹参数(压力、流量和喷吹时间),测量喷吹前后透气砖喷孔尺寸的变化,计算喷孔的侵蚀情况(径向侵蚀速度、轴向侵蚀速度和侵蚀角),构建气体的喷吹参数与透气砖侵蚀速度之间的关系。根据喷孔尺寸、气体的喷吹参数和无量纲数(修正的弗劳德数、雷诺数和表观马赫数等),对喷吹气体进入熔池中的流动状况进行分析,如气流中气泡的当量体积和当量直径、喷吹过程中所形成的气柱高度、气泡流和喷射流的转变等。研究结果表明,透气砖喷孔的轴向侵蚀和径向侵蚀速度均随底吹供气流量提高而增大,侵蚀角受喷孔直径、气体流量的影响很小,采用直径较小的喷孔,可以提高底吹气体对熔池的搅拌效果。研究结果对复吹技术的提高具有参考意义。     

通过气泡上浮除去钢水中夹杂物的水模型研究

夹杂物会对钢质量产生有害影响。除去钢水中尽可能多的夹杂物是炼钢操作的主要目的之一。冶金科技界开发了许多方法来除去钢水中的夹杂物。喷吹气体通常用于二次精炼和连铸过程。例如：钢包氩气处理、RH真空脱气以及通过连铸结晶器的浸入式水口喷吹气体。这些工艺的开发主要为了创造两个条件：细小气泡和混合良好。细小气泡提供大的气，液界面以及夹杂物与气泡接触的机率大。混合好可提高杂质传递的效率。     

氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内的分布

通过二维冷态物理模型对氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内分布进行了实验研究,分别研究了炉身煤气总量、辅助风口直径以及炉身喷吹煤气量与炉身煤气总量之比对炉身喷吹煤气在炉内分布的影响.结果表明,炉身喷吹煤气量与炉身煤气总量之比对炉身喷吹煤气在炉身分布起决定性作用,而炉身煤气总量和辅助风口直径的影响较小.同时,在炉身煤气上升过程中涡流扩散效应的影响也较小.通过对根据实验数据绘制的炉身等浓度分布图进行研究发现,炉身煤气分布主要分为两个不同的区域,一个是炉身喷吹煤气主流区,另一个是从高炉下部产生的上升煤气主流区.在炉身等浓度分布图的基础上通过回归分析的方法推导出炉身喷吹水平喷吹煤气的渗透公式.此外,辅助风口被安装在炉身下部有利于铁矿石在炉身的间接还原.      

蘑菇头对铜底吹炉内气液流动影响数值模拟研究

氧气底吹熔池熔炼过程中,高温熔体会逐渐在氧枪口周围形成蘑菇状的疏松多孔介质区,称为"蘑菇头",合适大小的蘑菇头,既不妨碍送气量,又可保护氧枪,但蘑菇头的存在也会对气体喷吹和气液流动产生影响。本文首先基于水模实验和热平衡理论计算的方法得到蘑菇头尺寸,随后基于VOF模型对存在蘑菇头时底吹炉内的流动状况进行模拟研究,研究蘑菇头存在情况下气泡上升过程形貌变化、上升时间以及蘑菇头的存在对炉内气液流动的影响。     

连铸长水口吹氩气泡行为的试验研究

通过连铸长水口吹氩冷态试验,研究了不同吹氩条件下获得的小气泡的尺寸、分布以及气泡在中间包的流动行为。试验结果表明,低水流量(≤2.4m~3/h)时,孔径0.11mm气嘴产生微小气泡(0.1~0.5mm)比例最大达到60%以上,孔径0.25 mm气嘴微小气泡比例达到45%,孔径0.58 mm气嘴在35%左右。孔径0.11mm气嘴气泡直径主要在0.1~1.0mm,孔径0.25mm和孔径0.58mm气嘴的气泡直径主要在0.1~1.5mm,而0.58mm气嘴产生较大气泡(1.0mm)比例较多。直径0.25mm单孔气嘴和双孔气嘴在水量为3.0m~3/h时,形成的微小气泡(0.1~0.5mm)比例均达到80%以上。在较低水量(≤2.4m~3/h)下,这两种气嘴形成的微小气泡比例相近,但直径0.25mm双孔气嘴比直径0.25mm单孔气嘴产生的较大气泡(1.0mm)比例要小且气泡数量多。在无湍控器的中间包中气泡的作用区域比有湍控器的大。     

采用DEM-CFD组合模型研究高炉炉身煤气喷吹时炉内气固流动的动力学行为

为减少钢铁厂CO2排放,必须降低焦比。现在高炉炉身喷吹还原气被认为可降低焦比。但炉身喷吹煤气的效果由其在高炉内的穿透性决定。解析高炉炉身喷吹煤气的行为,可有效评价其在实际高炉中的效果。采用DEM-CFD组合模型研究了高炉炉身喷吹煤气的气固流动力学行为。考虑到气固间相互作用,采用DEM模型模拟炉料的准确分布。根据模拟结果,喷吹煤气的流动行为受填充床的透气性制约,且气体的穿透效果被限定在特定区域。除喷吹风口区域外,炉身等压面近似为水平面。喷吹煤气的流速对其在高炉内的穿透性有一定影响。然而,喷吹煤气所占横截面的面积与常规风口和炉身附加风口煤气量的比值相对应。炉身煤气喷吹被认为是控制炉身热流比的有效方法,但其难以与上升气流立刻混合。根据期望目标,需慎重选择喷吹位置。该结果可应用于顶煤气循环等新工艺的设计。     

表面曝气反应器中气泡尺寸分布测量

合理处置矿山开采过程中产生的废水是绿色矿山建设中必要且重要环节,表面曝气处理废水有助于节约能耗。本研究开展了表面曝气反应器内气泡局部性质分布的测量,将为反应器准确设计奠定基础。采用新研制的侵入式远心照相多相测量仪,对表面曝气反应器内气泡直径分布进行了系统测量,进一步获得了相界面积和气含率分布,重点考察了轴向位置和搅拌转速2个因素。研究结果表明:与相同转速下分布器供气的气液搅拌反应器相比,表面曝气反应器中气泡尺寸更小;沿轴向逐渐远离液面,气泡尺寸逐渐减小,同时气泡数量也逐渐变少;随着转速增大,吸入气泡增多,平均气泡尺寸变大。为了强化表面曝气反应器内气液分散过程,采用浅层床设计,同时在功率允许范围内可适当提高转速。本研究将为绿色矿山废水高效处理提供一种新的选择。     

高钒铁精炼过程中自动喷吹装置的研究与应用

针对高钒铁喷粉生产直收率低、氧化钒单耗高、产品钒元素分布不均匀等问题,提出自动喷吹装置研发需求。自动喷吹装置的总体结构主要由立柱支撑部分、横臂升降部分、喷吹减速部分、喷吹机构等组成,其中喷吹机构主要由旋转部分、耐火枪管及附属件等组成。通过总体机械结构及喷吹机构主要结构尺寸设计、耐火枪管搅拌功率的计算、自动控制系统以及操作流程等设计,研发了高钒铁精炼过程中自动喷吹装置,最后对喷吹枪管的工作部分进行了热分析。试验表明:自动喷吹装置可按照设定的操作流程运行,生产实践效果明显,耐火枪管可承受1450℃工作温度,寿命可达15炉以上。     

底吹钢包两相区两段模型

在考虑雷诺应力的基础上，建立了底吹钢包中气液两相区流体流动的两段模型，这一模型中用于计算近喷嘴处和浮羽流区各截面处两相流的平均速度，速度分布，流股直径和平均含气率等，数值计算表明，理论含气率与实验值符合很好，计算还表明，平均含气率和平均速度随高度的增大而减小，但流股直径随高度的增大而增大，另一方面，平均速度随妆始供气量的增大而增大，而纲引比则随供气量增大而减小，通过两段模型很好的描述喷嘴处气液注的     

煤粉对底吹氧枪的保护作用

通过实验证实,在炼钢过程中可以采用煤粉保护底吹氧枪。1Ot氧气转炉的实验结果说明,对于高钙镁质烧成砖衬,炉底和喷嘴的实际侵蚀速度为1.08mm/炉。保持稳定的喷煤速度是底吹氧枪保护的根本环节;提高喷煤速度,增加喷吹氧煤比或输送粉气比,以及提高出口气流速度,均有利于底氧枪的保护。     

气泡法测量孔分布的解析计算(Ⅲ)

以往气泡法计算孔分布的数据处理,要应用图解方法,不但费时,而且误差较大。在气泡法的解析计算(Ⅰ)一文中,本文作者推导了一个气泡法计算孔分布的解析公式。在气泡法的解析计算(Ⅱ)一文中,应用样条函数逼近气泡法实验曲线,再应用解析公式,整个计算可由计算机完成。本文研究了Zagar的图解方法,指出Zagar导出的图解公式的错误之处,并导出了两个新的图解公式,与经本文改进过的Zagar图解公式,应用Zagar的计算例演算,两者结果完全一致。     

侧吹熔池熔炼气液混合特征的数值模拟研究

为阐明侧吹气液两相流的流动特性,提高熔池反应区熔炼效率及炉体寿命。首先采用VOF多相流模型模拟气液两相流动过程;其次在水模型试验验证模拟结果基础上,分析多水平因子条件下气体射流对熔体流动过程的影响;最后以此为依据提出侧吹熔池风口排布及喷吹优化方案。结果表明:在速度300 m/s,风口高度为0.9 m喷吹对熔池的搅拌效率更高,熔池内的速度场分布更为合理;双侧喷吹获得更好的动力学条件,但熔池表面喷溅较为严重;风口附近的湍流造成射流回击,带动熔体冲击炉衬。     

浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺北大核心CSCD

针对浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺,建立了某钢厂130 t钢包三维DPM-VOF耦合数学模型以计算浇注钢包下渣过程,并通过冷态实验验证了该模型的有效性。利用该模型研究了不同偏心率对下渣行为的影响,揭示了该工艺控制下渣的行为规律,并分析了吹氩流量对控制下渣的影响。结果表明,随着偏心率的增大,不同浇注高度下的最大切向速度减小,汇流漩涡临界高度降低。环出钢口四孔透气塞吹入氩气后,气泡流股的汇聚有效地减弱了水口上方钢液的周向旋转速度,大幅降低了汇流漩涡下渣临界高度。4个气泡流股的气液两相流会抑制流向水口钢液的径向流动速度,由排流沉坑引起的下渣也得到明显抑制。随着吹氩流量的增加,下渣临界高度呈降低趋势。就本研究而言,控制下渣的最佳吹氩流量为30 L/min。     

RH真空室内气泡行为的研究

Ruhrstahl-Hereaeus (RH)上升管内的气液两相流是整个装置的重要动力源,并对钢液的流动、混匀及精炼过程有重要影响.上升管及真空室内的气液两相流决定了钢包内钢液的流动状态,为了研究真空室及上升管内气液两相流,通过1:6的300 t RH的物理模型模拟了RH上升管及真空室内气泡行为过程,并测量了RH循环流量的变化用于计算上升管内含气率以及气泡运动速度最终得到气泡在真空室内的停留时间,同时记录了气泡在真空室内的存在形式.气泡在真空室的存在形式的主要影响因素为提升气体流量,研究发现了气泡从规则独立的大气泡经历聚合长大,碰撞破碎成小气泡,最后变成小气泡和不规则大气泡共存的现象.液面高度达到80 mm之后,气泡在真空室内的停留时间达到一个平衡值,不再随真空室液面高度的增加而发生改变.当提升气体量达3000 L·min-1,气泡停留时间减小趋势弱,对应3000 L·min-1情况下,真空室内气泡开始聚合长大.研究认为对于300 t RH的真空室液面高度应为80 mm,提升气体量应在3500 L·min-1左右,优化后,脱碳时间由原工艺的21.4 min缩短至现工艺的17.5 min.      

脱硫喷枪结构优化仿真

通过运用流体力学原理,对采用脱硫喷枪在喷吹过程中铁水包内气液两相的流动进行数值模拟。对于脱硫喷枪环向均布开2孔和环向均布开4孔两种情况,比较分析其内部的压力场、速度场和气体体积分布。通过研究,为新型喷枪的设计提供理论依据。