120 t转炉旋流氧枪的射流搅拌特性

 熔池流动状态及反应速度是实现转炉高效冶炼的关键,主要取决于氧气射流与熔池的相互作用及底吹搅拌强度。建立了120 t转炉旋流氧枪的三维全尺寸几何模型,利用数值模拟研究了不同旋流角旋流氧枪的射流特性,并对比分析了其对转炉熔池的冲击搅拌效果。结果表明,随着旋流角的增大,氧气流股的射流核心区长度不断减小,射流中心距氧枪轴线距离增大,氧枪射流交汇点距喷孔出口距离不断增大,射流聚合现象被抑制;当旋流角由0°增加至15°时,氧气射流的冲击深度减小了40%,冲击半径增加了13%;熔池纵截面上的高速区域分布在冲击凹坑附近,横截面上的高速区域分布在冲击凹坑及相邻凹坑连接处延长线外部区域。     

高供氧压力下高马赫数氧枪数值模拟

  以北方某钢厂100 t转炉为原型，建立顶吹转炉炉内流场的三维数学模型，采用Fluent软件研究了不同高马赫数氧气射流与熔池钢液速度流场分布之间的依赖关系。研究发现，高马赫数氧枪在Ma（马赫数）为2.0～2.3时，曲线平稳，为最佳供氧压力。在提高供氧压力的同时，氧气射流的最大速度、熔池钢液面的冲击直径及冲击深度也随之增加。模拟结果显示，氧气射流在设计工况氧压小于1.0 MPa时，射流之间相互干扰作用最弱；氧气射流在设计工况氧压力大于1.0 MPa后，冲击直径与冲击深度增幅较小。基于上述研究，在实际生产中应用了高马赫数氧枪后，并结合变枪变压操作工艺，可以改善熔池底部钢液流动状况、稳定转炉吹炼过程、控制炉渣喷溅。     

四孔氧枪顶吹转炉的三相流流场数值模拟

采用数值模拟软件Fluent建立了一个瞬态的三维数学模型,对100 t氧气顶吹转炉流场进行数值模拟。通过改变氧枪枪位和氧枪喷孔夹角,得出相应的冲击深度和冲击面积以及熔池内部速度分布。结果表明,在相同的条件下,随喷吹枪位的升高,射流形成的钢液凹坑直径变大,而冲击深度变小;随喷孔夹角的增大,射流冲击直径变大,而冲击深度减小。低枪位有利于增大熔池上层钢液流速,高枪位利于促进熔池下部钢液流动;喷孔夹角增大利于增大熔池表层高速区面积,但熔池中心底部低速区面积也随之增大。     

高马赫数氧枪枪位对100 t转炉自动炼钢熔池流速的影响

通过采用数值模拟与冷态水模拟相互印证的手段,以北方某钢厂100 t炼钢转炉为原型,建立了四孔拉瓦尔氧枪喷头与转炉炉体的三维模型,模拟研究了高马赫数氧枪枪位变化对熔池内钢液流速的变化状况以及射流的冲击效果的影响。结果表明:随着氧枪枪位从1.7 m提高到2.5 m,对熔池钢液的冲击能力不断减弱,导致冲击深度不断减小。但是,随着枪位的提高,氧气射流对钢液的作用面积却不断增大。高马赫数氧枪位在1.6～2.2 m冲击深度适中,熔池混匀效果最好,此时钢液流速在熔池径向方向上的分布更加均匀,且高速区域占比更大,混匀时间较短,对熔池底部钢液的搅拌效果最好。     

100t转炉用炼钢四孔氧枪射流数值模拟研究

利用Fluent软件对100t转炉超音速氧枪射流流场的速度进行模拟,模拟了普通超音速氧枪的炼钢氧气和钢液两相流动,包括氧气射流对钢水熔池的冲击面积和冲击深度,对实际炼钢生产有重要的指导意义。     

传统与聚合射流氧枪冲击炼钢熔池效果的数值模拟

通过90 t转炉的传统氧枪喷孔周围增加环氧孔,通人辅助氧气保护主氧射流形成聚合状态,建立二维两相数值模型,分析传统氧枪和聚合射流氧枪射流轴线上氧气射流速度分布及不同枪位下熔池中钢液的流动特性和冲击深度。结果表明,与传统氧枪相比,枪位相同时,聚合射流氧枪射流衰减慢,冲击力大,冲击凹坑深度深;在30De(De-氧枪出口直径)枪位下的最大冲击深度与20De枪位下的传统氧枪相同,当聚合射流氧枪在40De枪位下喷吹得平均冲击深度与传统氧枪20De枪位喷吹时相当。     

基于环境温度的转炉旋流氧枪射流分析

为探究旋流氧枪自由射流特性,建立了0°、6°、12°和18°旋流氧枪自由射流几何模型,分析了不同旋流氧枪炼钢温度下的旋流特性、射流速度和动压分布。发现与0°旋流氧枪相比,6°、12°和18°旋流氧枪射流速度和动压衰减较快,且旋流角越大,射流衰减越快。而6°旋流氧枪与12°和18°旋流氧枪相比,射流速度和动压衰减较慢,在保证合适冲击深度和冲击面积的同时,使熔池产生一定的旋转运动。基于此,建立了6°旋流氧枪和转炉气-渣-金多相流几何模型,分析了环境温度变化对6°旋流氧枪冲击特性和熔池速度分布的影响,发现环境温度从300 K升高到1 873 K,冲击半径从1.25 m增至1.78 m,而冲击深度仅从0.119 m增至0.132 m。环境温度升高,钢液面处高速区面积增大,死区和低速区面积减小;在熔池较浅处,环境温度升高,熔池死区面积减小,高速区面积增大,以熔池深度0.3 m为例,环境温度从300 K升高到1 873 K,死区面积由0.41 m²减小至0.17 m²,高速区面积由9.35 m²增至9.76 m²     

高海拔RH精炼装置真空脱碳工艺优化研究

针对位于海拔1 500 m左右的国内某厂RH真空脱碳过程中脱碳效果不佳喷溅严重的生产问题,借鉴转炉吹氧过程氧气射流与熔池相互作用规律,考虑到RH真空室内液面高度偏低的特点,通过水模型试验研究不同氧枪流量和枪位下氧气射流与熔池相互作用规律,并结合理论分析对RH真空吹氧脱碳工艺进行优化。水模型试验结果表明:RH真空吹氧脱碳过程中氧气射流与熔池的相互作用规律与转炉冶炼相似,可采用转炉冶炼过程中氧气射流与熔池相互作用研究对RH真空吹氧脱碳工艺进行优化。理论分析可知,当氧枪流量为1 500 m~3/h、枪位为5.5 m时,熔池冲击深度为0.173 m、冲击面积为2.435 m~2、穿透体积处于最大值为0.420 m~3,氧气射流冲击熔池效果最理想,有利于RH脱碳过程高效脱碳和喷溅控制。实施优化措施后,终点钢水平均w(C)由15.1×10~(-6)降至11.8×10~(-6),终点w(C)在20×10~(-6)以内比例提高至94.4%,优化工艺显著提高了RH快速深脱碳效果,同时有效控制了RH真空脱碳过程严重喷溅问题。     

100 t转炉四孔聚合射流氧枪三相流数值模拟

文章采用数值模拟软件Fluent,建立了一个四孔聚合射流氧枪顶吹转炉的三维模型,通过改变氧枪枪位和氧枪喷孔夹角,对转炉炼钢条件下的聚合射流与熔池的相互作用进行了模拟与分析。结果表明：在相同操作条件下,随着氧枪枪位的提高,射流对熔池的冲击直径由1.93 m增大到2.30 m、冲击深度由0.48 m降低到0.32 m,同时低枪位时射流对熔池的冲击动能大;在同一喷吹枪位下,随着氧枪喷孔夹角的增大,射流对转炉熔池的冲击直径由1.41 m增加到2.14 m、冲击深度由0.60 m降低到0.48 m。     

南钢110 t转炉顶吹氧枪喷吹特性模拟与应用研究

本研究利用Fluent软件对南钢110 t转炉顶吹氧枪喷头参数对超音速射流流场分布特性影响进行三维数值模拟,并将研究结果应用到南钢110 t转炉常规冶炼过程。研究结果表明,13.5°四孔氧枪在1.7 m处(理论枪位)保持较高的射流速度,且射流有效冲击半径最大。即13.5°四孔氧枪可有效提高氧气与熔池的接触面积,提高氧气利用效率。基于412炉次冶炼数据结果发现,相比于原氧枪,在采用设计流量为24 000 m3/h,喷孔夹角13.5°的优化后氧枪时,在相同冶炼条件下,110 t钢水的平均冶炼时间及终点碳氧积分别减小1.5 min及0.000 3,熔池脱磷率提高4.1%,终渣TFe含量下降1.7%。     

300t 顶底复吹转炉氧枪枪位的水模型研究和应用

研究了300t顶底复吹转炉1:10几何相似比的水模型顶枪枪位（150~230mm）和流量（44~48m³/h）对钢液混匀时间的影响。模拟结果得出,最佳枪位为170mm,最佳流量为45m³/h。钢厂300t顶底复吹转炉应用结果表明,顶吹流量60000m³/h和底吹流量1000m³/h时,当顶枪枪位由1900mm改进为1700mm时,碳氧积平均值由原来的27.94降为23.49,提高了转炉内熔池的搅拌效果,吹炼时间由原15.8min降低至15.5min,降低了生产成本。     

30 t VOD精炼含氮不锈钢底吹氮气合金化的生产实践

依据30 t VOD生产数据,在初始[C]0.50%~0.60%,初始[Si]0.12%~0.20%,初始钢水温度1 640~1 650℃,氩和氮气压分别为0.8×10⁶~1.0×10⁶ Pa和1.5×10⁶~1.6×10⁶Pa的条件下,对比底吹氩气和底吹氮气两种工艺在入VOD初始、吹氧脱碳以及还原脱气后的不锈钢（0.04%~0.06%N）中氮含量。结果表明,VOD底吹氮气精炼后Cr13型和Cr17型两类不锈钢的钢液氮含量为260×10^-6和300×10^-6,其氮合金化效果显著;常压下氮气搅拌Cr13型和Cr17型不锈钢钢液的平均增氮速率为40×10^-6/min和45×10^-6/min;钢液温度升高,增氮速率增加,通过降低VOD精炼不锈钢的钢液氧含量,能够提高底吹氮气的氮合金化效果。     

260 t转炉用双角度六孔氧枪的射流特性研究

通过CFD数值模拟研究了260 t转炉用双角度氧枪的倾角变化对射流偏移程度和融合距离的影响,比较了双角度六孔氧枪在喷孔倾角12°-15°～14°-17°下的射流特性,明确了双角度氧枪的射流偏移系数A。研究结果表明：对于双角度六孔氧枪的两股不同射流,倾角越大,射流偏移程度和融合距离越大;与射流偏移程度相比,喷孔倾角对融合距离的影响占主导地位;一组倾角相同时,另外一组倾角越大,融合距离越大,偏移程度越小,聚并现象发生得越晚,射流偏移系数A的变化范围在(3.38～4.12)×10^-3。     

超音速射流冲击260 t转炉熔池界面行为研究

建立了260t转炉吹炼过程中的可压缩、非等温三维VOF 模型。研究了多孔超音速射流与转炉熔池作用过程特征,阐明了射流与熔融钢水界面接触的轮廓变化。揭示了钢液喷溅机制,定量分析了冲击坑形态大小。结果表明,吹炼过程具有瞬时性,随着吹炼进行,气液界面逐渐失稳并发生喷溅,喷溅会以大块金属带和液滴两种形式共存。在2.2 m枪位53000 m³/h的工况下,进行吹炼时形成的底部死区面积约为熔池底部面积的12%~15%,冲击坑直径占比熔池直径的55%左右,冲击坑深度占比熔池深度的30%左右。工业生产实践表明,过程枪位2.2 m,吹气量53000 m³/h,吹氧15.2 min,氧耗47.7 m3/t,脱磷率83.1%,钢铁料消耗降至1115 kg/t。     

110t复吹转炉氧枪喷头设计参数对钢水冶金质量的影响

通过建立的几何模型,利用Fluent软件对出钢量110 t顶底复吹转炉氧枪喷头参数（夹角12°~13°,孔数4,流量22000~24000 m³/h）对射流影响进行三维数值模拟,在1.1~1.4 m枪位,喷孔夹角12.5°的4孔氧枪可保持射流半径适中和较高的射流速度。钢厂冶炼45钢,Q235和HRB400钢的应用实践表明,采用12.5°喷头喷孔夹角,93炉次22000 m³/h氧气流量时110 t钢水的平均冶炼时间为14.8 min,终点碳符合冶炼钢种要求,终点[P]0.010%~0.030%,脱磷率≥96%。     

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。     

超低碳钢210 t RH脱碳精炼工艺的优化

分析和确定了RH精炼的初始碳含量、提升气体流量和转炉终点氧含量,并进行生产实践。结果表明,RH进站初始碳含量应控制在250×10^-6~400×10^-6,转炉出钢时终点氧含量应控制在250×10^-6~400×10^-6。实际生产数据统计表明,在PH处理初期（0~3 min）,各炉次脱碳速率最大值可达到98×10^-6/min,在脱碳终点时,碳含量在12×10^-6左右。     

脱磷专用转炉的氧枪设计及研究

 脱磷专用转炉通常采用脱磷氧枪促进化渣,提高脱磷率,实现铁水预脱磷。设计了马赫数为1.9、氧枪流量为14500m3/h的4孔脱磷氧枪,利用Fluent软件模拟了脱磷氧枪的速度场、温度场和密度场等分布。模拟发现：4孔脱磷氧枪在枪位为1.5m时,射流速度约为115m/s,当射流速度为100m/s时,最大射流半径为0.28m。在此基础上,将脱磷氧枪用于120t脱磷专用转炉的生产过程,取得了良好的冶炼效果：可控制脱磷终点温度为1370℃左右;转炉终点碳的质量分数大于2.8%时能满足脱碳炉热量要求;半钢磷的质量分数平均可达到0.018%,平均脱磷率可达到79.2%。与传统单渣工艺相比,采用此工艺不仅能降低炼钢终点磷含量,也能保证脱磷的稳定性。     

集束氧枪射流特性对转炉炼钢过程的影响

从宝钢现有转炉氧气喷枪的技术参数计算了多孔集束流的速度衰减规律并分析其喷射特性，表明集束流对熔池产生极大的冲击深度和反应接触面积，达到比常规自由射流更好的脱碳条件和化渣效果。