多孔道底吹喷枪搅拌的数值模拟与强化机理分析

底吹富氧搅拌是熔池熔炼的一种关键强化技术，对品位低、杂质多的矿产资源具有很好适应性，底吹喷枪是其关键工艺设备。本文将数值模拟与数理统计相结合，建立了多孔道底吹喷枪强化搅拌的三维数学模型，并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。针对模型计算结果，以气泡上升时间、液体的气含率方差和平均湍流强度等为评价标准，对直管及多孔道底吹喷枪搅拌过程的混合均匀度进行对比研究。结果表明：多孔道喷枪喷吹方式在提高熔体搅动能的同时能使中上部熔体的混合更为充分，并在生产实践中取得了良好的应用效果。     

RGB颜色模型应用于评价顶吹混匀时间的方法

针对评价顶吹宏观混匀时间的方法进行了气体顶吹搅拌水动力学实验研究,利用基于混合过程中示踪粒子的分布随时间演化规律的RGB颜色模型来确定搅拌容器内的宏观混匀时间。通过定义像素阈值分离每一像素,构建混匀像素比M值作为确定混匀时间的指标,观察M值的变化规律,利用3σ方法确定混匀时间。针对喷枪插入深度及流量,用量纲为1强度单位表述为0.5和1的实验工况一,当阈值分数X=90%时,测定混匀时间为13.30s。分析结果发现,RGB颜色模型能够基于混合过程中示踪粒子的分布情况确定混匀时间,且与贝蒂数法和电导率法测定的混匀时间偏差不超过10%。为解决在视觉上评价多相流混合效果等工程问题提供了一种新的思路,为提高ISA炉使用寿命、强化ISA炉冶炼生产以及优化ISA炉工艺过程提供了一定的实验依据。     

顶吹两相流影响熔池搅拌效果的水模型实验研究

主要针对艾萨熔炼体系中贫化电炉的浸没式油气混合顶吹喷枪对熔池的搅拌效果影响进行实验。设计并搭建了一定相似比的贫化电炉水模型平台,通过计算所得的最佳深度范围设计三喷枪混合顶吹组合实验方案。在其他实验条件,如气含率、喷吹速度等与实际生产相似的前提下,实验研究改变喷枪插入深度对搅拌效果的影响,并对各条件下的实验现象及拍摄照片进行对比。实验结果表明：当顶吹喷枪插入深度为渣层厚度的1/2～2/3时,两相流混合喷射对熔池的搅拌效果最佳,并应用于贫化电炉实际生产,取得了单枪8%以上的节油量。     

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。     

双侧吹气-渣-锍多相流流型演化特性的数值模拟

利用VOF耦合Realizable k-ε湍流模型对双侧吹多相流流型演化进行了数值模拟研究。分析了双侧吹多相流的流型演化过程，气-渣-锍三相间混合最终达到“动态平衡”。确定了平均湍动能和平均气含率方差在表征熔体混合均匀度上具有一致性，同时以平均湍动能和气含率方差为指标，研究了侧吹氧枪直径和倾角对熔体流型演化的影响。结果表明，在一定气量下，氧枪直径决定气流速度，当直径为30 mm时熔池内部搅拌效果较好。氧枪倾斜向下10°和15°时，相较于0°的平均气含率方差和平均湍动能分别降低了24%和提高了8%。     

顶吹管内流型与气泡群周期性变化的实验研究

贫化电炉还原油枪中,气、油混合顶吹是典型的气液混合两相流过程,管内流型随气液混合比例变化,从而引起气液混合顶吹管口气泡群的形态变化.基于气液两相流研究,用气、水进行不同气液混合比两相流研究,得出不同气液混合比例时的管内流型,及与之对应的气泡群下潜深度和宽度的周期变化.通过将其进行对比分析,得出气泡群形态随流型和气液混合比的变化趋势,以便得出更好的搅拌效果.     

底吹喷枪结构对熔池搅拌效果的影响特性研究

针对目前底吹熔池熔炼过程中,如何改变喷枪结构起到强化搅拌目的的难题,采用数值模拟的方法建立了底吹熔池熔炼炉多相流非稳态数学模型,构建了多层栅栏结构的氧枪模型。计算结果表明,氧气底吹过程具有周期性,可分割成大气泡形成、气流柱形成和气流冲破熔池液面三个过程,并对有无栅栏喷枪结构在这三个过程下的相图、面平均湍动能、平均压力进行比对分析,结果表明多层栅栏枪口结构有助于强化熔池内部搅拌。     

云锡澳斯麦特炉工艺考察

昆钢技术中心和昆明理工大学组成联合考察组．对云锡冶炼分公司澳斯麦特炉运行状况进行了考察。并从基础理论研究方面对利用澳斯麦特炉开展黑色冶炼的可行性进行了讨论,提出了昆钢应用澳斯麦特熔融还原技术的建议。     

HIsmelt熔融还原炉内“涌泉”现象的数值研究

对HIsmelt熔融还原炉炼铁过程中的"涌泉"现象进行数值模拟,并与水力学模拟实验结果进行对比验证,结果显示具有良好的一致性.分析讨论了"涌泉"对炉内流动及传热的影响.研究结果表明在形成"涌泉"的过程中,气泡穿越两相分界面时受到较大的阻力,气泡在熔渣内受到浮力、重力和铁水的拖拽力共同作用保持匀速上升;"涌泉"上升和铁水回落下沉的过程中对熔池有较好的搅拌作用,并能够强化炉膛上方区域与熔池之间的换热.     

扰流型喷枪顶吹管内特殊两相流流型实验

主要对自主设计的渐缩管、渐扩渐缩管、螺旋管和四孔管进行水-空气两相流混合顶吹实验,并得出了扰流型喷管的管内流型变化规律。实验通过对可视化特殊喷管内的气液两相进行高速拍摄,并调节水与空气两相各自的体积流量,获取不同喷管中出现的特殊流型照片及视频。实验结果表明：在表观气速和表观液速变化时,除渐缩管外,其他特殊喷管的流型转变均有一定规律性;渐扩渐缩管内截面半径变化较大,易产生环状-搅拌流,并有典型泡状流出现,螺旋管由于轴向环流速度的影响,会产生大密度泡状流并逐渐过渡到有旋流趋势的环状流型,特殊结构的四孔管中流型较稳定,短暂出现泡状流、弹状流后形成稳定环状流。四孔管的设计最利于冶金熔炉中柴油-氮气混合两相流喷吹,形成的气泡群中单个气泡直径较小,柴油被充分细化打散,渣层中的还原反应更充分,能有效提高柴油对渣层中磁性铁的还原率。