富氧底吹熔炼炉内氧枪结构参数的优化分析

以提高底吹熔炼炉反应区的熔炼效率及优化底吹炉反应区的氧枪结构参数为目标,运用数值模拟的方法,建立底吹熔池熔炼炉内气液两相流动的三维数学模型。应用正交表设计数值模拟的试验方案,以气含率、熔池内熔体平均速度以及平均湍动能为优化指标,采用田口方法对底吹熔池熔炼炉进行了氧枪结构多目标优化研究。结果表明,通过统计分析方法得到氧枪结构最优组合如下:氧枪直径为0.06 m,氧枪间距为0.98 m,氧枪倾角为17°。对优化结果进行统计验证,表明采用田口方法优化底吹炉氧枪结构可行,优化结果可靠。     

底吹熔池氧枪排布对气体振荡射流强化搅拌效果的定量评价

为阐明底吹熔池气体射流振荡强化搅拌机制,提出了基于Betti数来定量表征底吹气体振荡射流强化搅拌效果的新途径,并以此为评价标准提出底吹炉氧枪排布的优化方案。首先,基于正交试验理论,设计了多水平因子水模型实验方案;其次,运用摄像设备捕捉了19组底吹水模型容器内气液流态演化过程的连续图片,通过图像处理技术得到连续流态图片的Betti数;最后,通过Betti数的分布规律来实现不同工况下气体射流振荡搅拌效果的差异化表征。结果表明:在单排氧枪排布方式下,在0°～14°范围枪倾角越大,射流产生气泡数量越多,分布更为均匀;在双排氧枪排布方式下,非对称喷吹的射流振荡搅拌效果明显更好,且采用0°与7°倾角的特征数值更为理想。     

富氧底吹熔炼炉内气液两相流动的数值模拟

以某公司的富氧底吹熔池熔炼炉为原型,运用数值模拟的方法对炉内氧气铜锍两相流动进行三维瞬态模拟,研究炉内气泡主要参数、气含率分布规律、氧枪出口附近压力变化以及液面波动情况。并借助于高速摄像仪设备,对水模型实验中气泡形成、合并、变形及破碎过程进行研究,所得结果与模拟结果进行比较。结果表明:所建立的数学模型是合理的。氧气铜锍两相流动模拟结果表明,炉内气泡形成时间为0.12~0.25 s,生成频率为4~5 Hz,其短轴大小集中在3.5d~6.5d(d为氧枪直径尺寸);气泡停留时间为0.2~0.4 s,其在熔池内的平均上浮速度约为4 m/s;7°和22°氧枪出口气泡后座现象出现的平均频率分别为5 Hz和7 Hz,作用时间为0.06 s;高效反应区存在于熔池上部区域;气相搅动液相所形成的表面重力波在沉淀区传播的过程中,波幅衰减很快,当波传播到出渣口附近时,液面趋于静止。     

50t顶底复吹转炉的水力学模型实验研究

通过50t顶底复吹转炉水力学模型实验,研究氧气顶底复吹转炉顶枪枪位、底吹气体流量对转炉熔炼过程中熔池搅拌和时间以及对冶炼过程的喷溅及熔池的冲击深度影响。结果表明,当模型枪位在120～210mm,实际枪位1．00～1．56m;模型底吹流量控制在0．38Nm^3／h,实际底吹流量控制在146～190Nm^3／h左右时,熔池混匀时间短,吹炼时喷溅量少。较浅的熔池冲击深度就可达到良好的搅拌效果,有利于避免冲击炉底。当冲击深度较大时,混匀时间反倒增加。     

底吹炼铅炉内流动的数值模拟

以工业实践的底吹炼铅炉为对象,在炉内渣相和金属相的物性参数测定的基础上,利用FLUENT软件平台,建立一个与实际体系一致的底吹炼铅炉模型,并耦合VOF三相流模型和标准κ-ε湍流模型对底吹炼铅炉内气-渣-金属三相流动过程进行模拟。通过分析数值模拟的相界面结构、速度场分布、流线分布结果,发现氧枪上方区域搅动剧烈,渣层中存在涡流,强化了传递和反应过程。另外,所建立的模型在优化底吹炉炉体结构和改善运行条件方面有着重要作用,经过分析不同条件下炉内流体流动形态,能有效地引导完善底吹炼铅炉工况。对入口流速和喷枪倾角的优化讨论中,发现增大入口流速能提高熔炼效果,最佳喷枪倾角为5°~7°。     

氧气底吹熔池熔炼过程气泡生长行为仿真研究

采用CFD商业软件ANSYS Fluent中VOF多相流模型研究底吹氧气底吹熔池熔炼过程中气泡的生长行为,并研究单气泡在水中的生长破裂行为;在此基础上,再通过底吹炉熔池内部单氧枪的纵切面进行二维数值模拟,分析了熔池内部相分布、气泡的形状、生长频率、直径,以及变形、融合、破裂等过程。结果表明:水中的气泡直径越小、位置越深,停留时间越长。氧枪口处的初始气泡直径为400 mm左右,气泡生成频率约为4 Hz;稳定状态下熔池内部气泡直径分布符合Boltzmann函数分布,直径为0～100 mm的气泡数量占比80%左右;气泡破裂时间比气泡融合时间短,因此气泡更容易破裂,气泡融合后再破裂会搅拌熔体,加强传质传热效果。     

顶吹射流对熔池作用效果的等温实验研究

采用1∶10水力学模型对100 t氧气顶吹转炉进行了等温实验研究。用正交实验方案,研究了氧枪喷头类型、枪位和气体流量等因素对冲击深度、喷溅量及熔池混匀时间的影响。研究结果表明,增加喷孔倾角、提高枪位及减小气体流量均可导致冲击深度变浅。射流倾角减小、枪位提高、气体流量增大均会引起熔池喷溅量增加。当喷孔倾角为24°,枪位≤135 mm,气体流量为22 Nm3/h时,熔池具有最短的混匀时间。根据相似原理可知,实际转炉条件下,适当增加氧枪喷孔倾角,枪位≤1.35 m,气体流量控制在18 000 Nm3/h左右,有利于减少熔池喷溅,增强熔池搅拌效果,缩短熔池混匀时间。     

高铅渣还原炉内气液两相流的数值模拟与结构优化

基于Fluent软件,耦合Realizable k-ε湍流模型和VOF多相流模型对液态高铅渣还原炉内气液两相流动过程进行数值模拟。依据相似原理建立了水模型实验,得到气泡/气团频率、气泡直径和喷枪直径比值的实验结果,其结果和数值计算结果吻合较好,验证数值计算模型的有效性。运用该耦合模型研究熔池深度、喷枪直径、喷枪倾角和喷枪间距等因素对还原炉的影响。再通过正交实验和矩阵分析方法,综合考虑熔池气含率、熔体平均流速和熔体湍动能等指标,得到还原炉最优工况为喷枪角度为10°,熔池深度为800 mm,喷枪直径为60 mm,间距为950 mm。     

底吹氩精炼过程中钢包内流体流动的数值模拟

基于气-液双流体模型和湍流的修正k-ε模型,对底吹氩钢包精炼过程中熔池内流体流动提出了一个新的三维数学模型,应用该模型于120 t VOD的真空底吹氩精炼过程,对单孔及多孔底吹氩条件下钢包内流体的流动作了模拟和估计.     

插入浸渍圆筒钢包底吹气体优化研究

以150 t钢包为原型,采用水模型实验的方法研究插入浸渍圆筒底吹钢包内钢液的卷渣现象,研究了底吹气量、浸渍圆筒直径及插入深度对钢液卷渣及均混时间的影响。同时建立钢包底吹气体钢液流场数学模型,利用Mixture多相流模型对钢包吹氩过程进行数值模拟计算,分析不同底吹气量下插入浸渍圆筒钢液的流动状态和钢液表面的卷渣。通过水模拟和数值模拟比较,结果表明:插入浸渍圆筒后,增大了临界卷渣吹气量,加强了熔池搅拌,更有效地缩短了混匀时间。     

风沙环境下偏航角对高速列车的冲蚀及气动性能的影响研究

为研究不同偏航角下风沙耦合作用(激励)对高速列车的气动性能和冲蚀特性的影响,基于空气动力学理论,采用Navier-Stokes方程、标准κ-ε湍流模型对气流进行连续化处理,应用DPM模型对沙粒进行离散化处理。模拟车速230 km/h、风速30 m/s条件下,0°偏航角、45°偏航角和90°偏航角3种工况下,列车的气动特性、冲蚀特性以及侧力系数、阻力系数的变化规律,采用欧拉-拉格朗日方法分别进行求解。研究结果表明:随着偏航角的增大,正压区域逐渐向侧面扩大,涡流也逐渐增大,阻力系数减小,侧力系数逐渐增大;90°偏航角有沙侧力系数是0°偏航角有沙的250倍,90°偏航角无沙侧力系数是0°偏航角无沙的142倍;冲蚀面积由头部向侧面转移且增加,冲蚀率增加。     

Governing the Inclination Angle of Graphite Flakes in the Graphite Flake/Al Composites by Controlling the Al Particle Size via Flake Powder Metallurgy

The inclination angle of the flake particle has a significant impact on the in-plane thermal conductivity of composites.The graphite flake/Al composites(50 vol%) with different inclination angles were fabricated via flake powder metallurgy,and the results show that with increasing the size of Al particle from 25.6 to 50.7 μm,the inclination angle of graphite flake decreases from 7.3° to 4.4°,while the in-plane thermal conductivity of composites increases from 473 to 555 Wm~(-1) K~(-1).Based on the rules of mixture,an effective model was established to qualify and quantify the relation between the inclination angle and the in-plane thermal conductivity of the corresponding composites.This model can also be applied to other flake particle-reinforced composites.     

REVISED κ -ε TURBULENCE MODEL IN ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING OF MELT

The research is motivated by the ongoing the electromagnetic continuous casting of molten metal. The revised k-ε model considering the effect of magnetic field application was derived. The specific model equations for the electromagnetic braking were used to calculate the velocity distribution in the continuous casting mold of steel. The results show that the revised k-ε model considering the effect of magnetic field application tends to suppress the production of turbulence and difference between the conventional and revised k-e model is small.     

制备玻璃/铝基废弃物复合材料搅拌槽的结构优化

运用流体软件FLUENT对采用机械搅拌法制备玻璃/铝基废弃物复合材料的搅拌流场进行模拟,采用MRF动参考系模型和标准k-ε模型,在稳态条件下模拟了正交组合轴流搅拌桨在不同离底高度、不同层间距和不同直径产生的流场.分析各种参数条件下搅拌槽宏观速度场、轴向速度和径向速度的分布.结果表明,搅拌桨离底高度h=50 mm,搅拌桨层间距l=65mm,搅拌桨直径d=10 mm,搅拌槽流场有利于流体的搅拌混合.     

Mathematical model of pyritic smelting process for copper-nickel mineral in oxygen top-blown furnace

1　INTRODUCTIONTheideaofrefiningcopperandnickelwithpyriticsmeltingprocessinoxygentop blownfurnacehascomeintobeingforitsachievementinoxygen converterofsteelmaking processfrom 196 0s.Thefirstpyriticsmeltingfurnacewithoxygentop blownsmeltingnickelhadbeenputintoproductionatNorthNickelCo .ofRussianin 1986 .Nowadays ,thistech nologyhasbeenimportedandemployedinJinchuanNonferrousMetalCo .ofChina .Inthepastdecades ,theutilizationofflashsmeltingfurnaceinnonferrous makinghasgotextensivedevelopmen…     

鱼雷罐倒T形喷吹脱硫水模试验研究

通过水力模型试验,分析了鱼雷罐倒T形喷吹脱硫过程中熔池内的流动状态,研究了工艺参数对鱼雷罐倒T形喷吹脱硫混匀时间的影响规律.结果表明,鱼雷罐倒T形喷吹脱硫过程中2支上升流股相互影响,会消耗部分能量,不利于搅拌动能的充分发挥;试验条件下,随着喷吹气体流量的增加,熔池内液体的混匀时间显著降低,当喷吹气体流量增加至3 m3/h后,混匀时间随喷吹气体流量略有增加;随着喷枪插入深度的增大,熔池内液体的混匀时间逐渐降低.     

铝液微气泡精炼的模拟试验研究

利用气泡计测量的方法研究了熔池内气泡数量、大小和分布及其影响因素，对气液两相区宏观和微观结构进行了研究。测定了在不同喷枪转速和供气量条件下的气泡直径和气体容量。结果表明，气泡频率和含气率在喷头附近分布很高，在其它部位分布是均匀的。在一定供气量条件下，气泡直径随喷枪转速增加而减小。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

伍德合金模拟钢液的底吹研究

采用伍德合金模拟钢液，研究单孔喷嘴底吹，观察熔池液体涌起高度及同质固体小球在溶池中的传热熔化规律。实验表明，液体的涌起高度及熔池传热与底吹流量、熔池深度和熔池中的不同区域等因素有关。