KR法铁水脱硫过程铁水混合现象的水模型

为了优化铁水脱硫操作工艺,利用水模型研究搅拌桨转速和浸入深度对搅拌效果的影响。针对210 t的铁水包,建立1∶7的比例模型,研究示踪剂注入位置、搅拌桨转速和浸入深度对混匀时间的影响,用混匀时间实验衡量液相混合效果。结果表明,随着搅拌桨转速从110 r/min增加310 r/min,混匀时间缩短了45%,浸入深度为229 mm时有利于液相混合。对于210 t的实际铁水包,KR搅拌的最佳操作参数是搅拌桨转速100 r/min,浸入深度1 600 mm。     

KR过程铁水包底部倾斜对铁水混匀现象影响的水模型研究

以210 t铁水包为原型建立1∶7的水模型，研究底部倾斜对KR过程铁水混匀现象的影响。研究了铁水包底部倾斜时搅拌桨转速和浸入深度对混匀时间、漩涡、液相中粒子分散和扭矩的影响，并与平底铁水包进行了对比。结果发现，包底倾斜17.5°时，混匀时间较平底时减少30.6%。搅拌桨转速为110 r/min时，浸入深度增加会导致液相中粒子分散变差，倾底铁水包中粒子分散程度优于平底铁水包。搅拌桨转速为160 r/min时，平底铁水包中粒子分散程度优于倾底铁水包。将平底改为倾底后，同工况下扭矩大幅增加。     

KR法铁水预脱硫工艺优化试验研究

通过对KR脱硫操作和工艺参数的试验,分析研究了KR铁水预脱硫的影响因素。试验结果表明,脱硫前铁水包中的高炉渣量、搅拌桨插入深度、搅拌时间、搅拌速度、搅拌桨质量对铁水脱硫率影响明显。制定了脱硫前扒渣和控制搅拌桨插入深度1.0 m左右、搅拌时间10～14 min、搅拌速度80 r/min等改进措施,取得了提高脱硫率的应用效果。     

100t铁水罐下KR搅拌法脱硫流场的数值模拟

基于Fluent软件对直径2.8 m、搅拌桨高0.75 m、铁水高度3.1 m的100 t铁水罐KR脱硫进行数值模拟,得到铁水罐内铁水的流动状态及速度分布。通过对搅拌桨直径0.7～1.1 m,浸入深度1.00～1.34 m和搅拌转速60～140 r/min下的流场和湍动能进行对比分析,得出最佳的工况为:搅拌转速120 r/min、浸入深度1.34 m、搅拌桨直径0.9 m。通过工艺实践,铁水脱硫率达到96%以上。     

桨叶形状对KR法脱硫混合行为影响的数值模拟

为了改善KR搅拌法脱硫剂浪费严重的问题，开发3种新型搅拌桨改善铁水和脱硫剂的混合效果。应用CFD技术，以速度场、湍动耗散率和混匀时间为特征，描述液面的卷入能力和内部混合能力。通过对比3种桨形与传统桨形（A桨）的铁水流动结构，分析结构参数和操作参数之间的影响规律。研究结果表明，方形桨（B桨）卷入脱硫剂的能力和改善混合效果强于其他3种桨形，随转速从60r/min增加到80r/min，柱状回转区体积减小60%，死区体积减小67%，混匀时间缩短52%；D桨的下倾角和径向斜边改善了搅拌桨下方死区混合效果，随转速从60r/min增加到80r/min，死区体积减小51%，混匀时间缩短48%；C桨的卷入能力和混合效果介于D桨和B桨之间；A桨效果最差。     

响应曲面法分析和优化铁水KR法脱硫工艺

运用响应曲面法（RSM-response surface method）统计分析和研究了脱硫剂（/%:80.55Ca,0.04S,0.01P,4.34SiO_2,6.06CaF_2,0.05H₂O）加入量（650~950 kg）,搅拌时间（7~11 min）,搅拌桨转速（90~110 r/min）,搅拌桨插入熔池深度（850~1 150 mm）等参数对115~117 t铁水（0.03%~0.06%S,1 250~1 350℃）KR法脱硫效率的影响,并得出回归模型方程。结果表明,采用脱硫剂加入量820 kg、搅拌9 min、搅拌桨的转速101 r/min、搅拌桨插入熔池的深度985 mm的优化工艺参数,进行铁水KR预脱硫,脱硫效率预测值为91.99%,实际值为90.18%,相对误差为2.0%;优化后脱硫工艺所使用的脱硫剂消耗有所降低,且产品的一次合格率从88.35%提高到95.88%。     

喷嘴结构对铁水脱硫气泡微细化的影响

针对铁水预处理镁蒸气脱硫的气泡微细化问题,本文通过水模型实验,研究了喷嘴结构对气泡在熔池中的分散、CO_2吸收速率和利用率以及均混时间的影响规律.结果表明:使用SSB-D桨,搅拌转速200 r/min,通气流量为1.0 m~3/h,偏心度0.4,浸入深度250 mm时,透气砖结构的喷嘴可以使熔池内的气泡分布"死区"减小,同时缩短了均混时间,提高了镁蒸气的容积传质系数和利用率.     

KR法脱硫气液两相流的数值模拟与水模型试验

采用CFD软件Fluent中标准k-湍流模型和VOF多相流模型对KR法铁水脱硫过程中气液两相流进行了模拟,研究了搅拌器浸入深度与搅拌速度对漩涡和液相流场的影响,数值模拟结果与水模型试验结果基本吻合。研究结果表明:随着搅拌速度增加漩涡深度逐渐加大,搅拌器浸入过浅容易发生"卷气"现象;搅拌速度由120r/min增大到200r/min时,铁水平均速度增大约83%,铁水内部形成不规则流动,且轴向流动明显增强;搅拌器浸入深度为187.5mm时,轴向上铁水平均速度差最大,为0.132m/s,大速度差有利于脱硫剂的卷入;搅拌速度为160r/min时,高流速铁水所占体积比大。     

140t铁水包底吹氩混合特性物理模拟研究

针对铁水包底吹搅拌工艺，以某厂140 t铁水包为原型，基于相似原理建立物理模型，探索了合理的混匀时间测定方法，研究了圆底及平底铁水包底吹氩的混匀特性，并考察了气量、透气砖位置及高径比对混匀特性的影响规律。提出一种合理的混匀时间测定方法，即：通过示踪流场找出混匀较慢的几个典型监测位置并测定其混匀时间，将所测数据的最大值作为本方案的混匀时间。研究结果表明：圆底铁水包中心底吹下，随吹气量增大，混匀时间整体呈减小趋势，最佳混匀气量为800 L/min,且混匀时间随高径比增加呈先增大后减小的趋势；中心底吹下，当吹气量小于200 L/min时，圆底铁水包的混匀效果要明显好于平底铁水包，当吹气量超过300 L/min后，平底与圆底铁水包的混匀效果相差不大；就本研究而言，平底铁水包中，随高径比增大，混匀效果最佳底吹位置由中心向0.33R偏移，且0.67R孔底吹的混匀效果始终最差。     

顶吹工艺对铁水包混匀影响的水模实验研究

为了快速脱氧和脱硫,并改善顶吹精炼的动力学条件。以某炼钢厂150 t铁水包为原模型,建立了模型与原型尺寸比为1:4的物理模型。实验研究了吹气位置、吹气高度和吹气量对钢液混匀的影响规律。结果表明,当吹气孔距离钢液面高度为200 mm、吹气孔距离铁水包中心0.7R、吹气量600 L/min时钢液的混匀时间最短。     

唐钢新区铁水KR高效脱硫的工业试验研究

通过在唐钢新区200 t铁水包中取样,研究了KR脱硫过程中铁水中[S]和脱硫渣中(S)含量的变化规律。结果表明,在KR 10 min的机械搅拌过程中,铁水硫从初始0.038%下降到0.002%,脱硫渣(S)从初始0.028%上升到3.28%。脱硫率从初始68%下降到33%。KR脱硫的限制性环节在后期的7～10 min,这是目前仍尚未明确的问题。为了提高KR处理过程末段脱硫效率,采用了阶跃式变化搅拌速度的工艺思路,并开展工业试验,在不增加搅拌时间的情况下,搅拌速度从90～110 r/min降低至45～90 r/min,脱硫剂用量从8～10 kg/t降至4.0～6.5 kg/t。阶跃控制搅拌速度的KR脱硫模式,在实际生产中具有较强的应用价值。     

Numerical simulation and water model experiment of gas- liquid two- phase flow in KR desulphurization

The gas- liquid two- phase flow in the KR method of hot metal desulfurization was simulated by the standard k- ?? turbulence model and the VOF multiphase flow model in the CFD software Fluent. The immersion depth and stirring speed of the agitator were studied for the vortex and liquid phase flow fields. The numerical simulation results are basically consistent with the water model test results. The results show that the vortex depth increases with the increasing of stirring speed, and the immersion of the stirrer is too shallow to cause ??cuffing?? phenomenon. When the stirring speed is increased from 120r/min to 200r/min, the average speed of molten iron increases by about 83%, the irregular flow inside the molten iron forms, and the axial flow is obviously enhanced. When the immersion depth of the stirrer is 187. 5mm, the difference in the average axial velocity of the molten iron is 0. 132m/s. The large speed difference is beneficial to the entrapment of the desulfurizer. When the stirring speed is 160r/min, volume ratio of the high- flow molten iron is large.     

超声波钢包精炼水模实验研究

以某钢厂180t钢包为原型,进行超声波改善钢包熔池搅拌效果的水力学模型实验,研究超声波功率和声源位置等对均混时间的影响。实验结果表明：与底吹氩气搅拌相比,超声波可明显缩短均混时间;随着功率的增大均混时间减少;同一高度下,位置变化对均混时间影响不大,液面下150mm的搅拌效果优于液面下300mm的。     

100 t底吹氩钢包插入浸渍管对钢液流场影响的数值模拟

以100t单孔底吹氩钢包为原型,应用三维连续性方程、动量N-S方程及湍流κ-ε双方程模拟了底吹氩过程中钢包内的钢液流动状态。利用Mixture多相流模型对单孔吹氩（0~700 L/min）过程进行数值模拟,对比分析插入直径691.05 mm,深650 mmn浸渍管前后钢包内的流动状态和钢液表面的卷渣。结果表明,无浸渍管时,临界卷渣吹气量为102 L/min,插入浸渍管后,临界卷渣吹气量增大到217 L/min。插入浸渍圆筒可以在增加吹氩量的条件下提高钢液搅拌效果,加速钢液混匀。     

KR脱硫效果影响因素的水模实验研究

通过常规搅拌器与设计的异型叶片搅拌器在不同结构搅拌罐上的水力学模拟实验,探讨铁水罐结构等不同因素对脱硫剂卷吸深度的影响规律,实验结果表明,铁水罐结构对KR脱硫效果有较大影响;设计异型搅拌器模型对不同结构搅拌罐适应性较强。     

Mathematical Modeling of Fluid Flow in a Water Physical Model of an Aluminum Degassing Ladle Equipped with an Impeller-Injector

In this work, a 3D numerical simulation using a Euler–Euler-based model implemented into a commercial CFD code was used to simulate fluid flow and turbulence structure in a water physical model of an aluminum ladle equipped with an impeller for degassing treatment. The effect of critical process parameters such as rotor speed, gas flow rate, and the point of gas injection (conventional injection through the shaft vs a novel injection through the bottom of the ladle) on the fluid flow and vortex formation was analyzed with this model. The commercial CFD code PHOENICS 3.4 was used to solve all conservation equations governing the process for this two-phase fluid flow system. The mathematical model was reasonably well validated against experimentally measured liquid velocity and vortex sizes in a water physical model built specifically for this investigation. From the results, it was concluded that the angular speed of the impeller is the most important parameter in promoting better stirred baths and creating smaller and better distributed bubbles in the liquid. The pumping effect of the impeller is increased as the impeller rotation speed increases. Gas flow rate is detrimental to bath stirring and diminishes the pumping effect of the impeller. Finally, although the injection point was the least significant variable, it was found that the “novel” injection improves stirring in the ladle.     

单嘴精炼炉合金料加入方式及混匀特性水模型研究

根据相似理论,以80 t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟,研究了单嘴精炼炉加合金料位置、吹气流量(2～10 L/min)、单嘴内液面高度(18.5～67.0 cm)、浸入深度(75～150 mm)、吹气位置等对混匀时间的影响。结果表明,在单嘴气体上升区对面加料混匀时间较短;吹气流量为6 L/min、浸入深度100～125 mm、单嘴内液面高度≥52 cm、在钢包底r/R=0.5位置吹气有利于混匀时间的缩短。