浸入式侧吹对铁浴式熔融还原炉流动影响的数值分析

针对铁浴式熔融还原的浸入式侧吹技术,运用CFD软件Fluent6.3对熔融还原终还原炉内的流体流动进行了数值模拟计算,分析了不同侧枪枪位以及不同喷吹流量对熔融还原炉内流动状态以及喷溅的影响.计算结果表明,低枪位侧吹(284mm)油相中含气量大,搅拌范围大,气油界面和水油界面的波动剧烈.在相同的侧枪枪位下(284mm),随着流速增大,油层扰动变大,加速水油的混合,加剧了自由表面的喷溅.侵入式侧吹会引起熔池中流体的环流,这会引起炉墙的侵蚀.     

铁浴反应器多段侧吹混合特性数值模拟

在厚渣层铁浴熔融还原反应器水模实验的基础上,通过数值模拟的方法研究了双层侧枪在不同喷吹角度(40°, 45°, 50°)和不同水平插入深度(60, 120, 180 mm)条件下对熔池的搅拌情况的影响,通过水模型实验验证了数值模拟的准确性。通过观察气液两相流中熔池的流场以及示踪剂在熔池中的流动扩散情况,分析弱流区和死区的占比以及不同侧吹条件下的混匀时间,结果表明,侧枪水平插入角度对熔池搅拌的影响较水平插入深度更显著,侧枪的水平插入角度和深度影响熔池中产生的回旋流区域和回旋流个数,当侧枪水平插入角度越大,水平插入深度越深时,熔池中弱流区或死区的体积占比越小,越有利于熔池搅拌混匀。最佳的喷吹条件为上层喷吹角度50°及插入深度60 mm、下层喷吹角度50°及插入深度120 mm。研究了不同气流量对熔池混匀情况的影响,得出上下枪单支气流量分别为8.58和10.43 Nm3/h时,熔池的混匀时间最短。     

侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体流动的数学模拟:模型对纯侧吹过程的应用及结果

应用提出的侧顶复吹AOD熔池内钢液流动三维数学模型的纯侧吹分量,对纯侧吹下120tAOD转炉及线尺寸为其1/4的水模型熔池内流体的流动分别作了模拟和估计,考察了侧枪数和枪位的影响.结果显示,该分量可相当可靠地模拟纯侧吹AOD熔池内液体的流动.在与多股气流的相互作用下,整个熔池液体处于活泼的搅拌和循环运动状态,无明显的死区.侧枪数和枪位的变化未改变熔池内气体搅拌和液体流动的基本特征,也不会改变熔池内液相湍动能和含气率的分布规律,但在给定的侧枪数和侧吹气量或给定的枪位和侧吹气量下,枪位或枪数的变化会使之局部改变.与7枪18o或22.5o及6枪22.5o下的情况相比,采用6枪27o可获得更均匀的液体流场及湍动能和含气率分布.     

铁浴式熔融还原炉侧吹的数学模拟研究

HIsmelt工艺的侧吹喷枪技术给铁浴式熔融还原工艺带来了新的发展,侧吹喷枪对铁浴具有良好的搅拌作用.本工作对侧吹喷枪不同的侧吹角度和枪位下熔融还原炉内流体的流动进行了数值模拟.当喷吹角度为50°时,炉内和炉壁处的喷溅最剧烈,易侵蚀炉衬.枪位越低,炉内的喷溅越剧烈.计算了顶底侧复吹时的流体流动情况,侧吹喷枪对铁浴喷溅影响较大,底吹喷枪对铁浴的搅拌影响较大.     

铁浴式熔融还原炉侧吹喷枪的水力学模拟

通过对铁浴式熔融还原炉的水力学模拟,研究了双排侧枪的侧吹角度、插入深度、侧吹流量以及侧吹位置对熔融还原炉内混匀时间的影响.改变上排侧吹实验的结果表明,熔池内的混匀时间随着侧吹角度的增加呈增加的趋势,随插入深度和喷吹流量的增加呈减小的趋势.改变下排侧吹实验的结果表明,熔池内的混匀时间随着侧吹角度和插入深度的增加呈减小趋势,随着喷吹流量的增加呈减小的趋势.通过比较混匀时间和喷溅量的大小,得到本实验条件下最佳的实验参数:在熔融还原炉的氧化区,即上排侧枪参数为插入深度50mm、与水平方向角度15°、流量9m3/h、侧吹在油层中的位置为1/3处最佳;在熔融还原炉的还原区,即下排侧枪参数为插入深度130mm、与水平方向的角度45°、流量9m3/h最佳.     

氧气顶吹转炉的三相流数值模拟

对超音速氧气射流作用下85 t转炉熔池中的渣液和钢液进行了多相流数值模拟研究,分析了熔池内钢液的速度场. 结果表明,随喷吹枪位升高,射流冲击形成的渣坑和钢液凹坑的直径变大,而渣坑与钢液凹坑的深度变小. 当枪位从1.2 m提高到1.8 m时,射流冲击形成的钢液凹坑的直径从1.359 m提高到1.566 m,凹坑深度从0.187 m降低到0.157 m. 同时钢液面下0.2 m处钢液的最大速度从0.48 m/s降低到0.27 m/s;而在熔池液面下0.8 m处,最大速度由0.06 m/s增加到0.09 m/s. 高枪位下熔池钢液速度分布更均匀.     

侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体的混合特性

基于气体搅拌和流体流动的水模拟,在120 t AOD炉的水模型装置上研究了侧项复吹AOD过程中熔池内的混合.结果表明,侧顶复吹AOD过程具有良好的混合效果.侧吹主枪气量对熔池内的混合有决定性作用,适当增大副枪气量可使混合效率提高,顶枪气流使混合时间延长.给定的侧枪数和吹气量下,增大枪间夹角使混合时间缩短;给定的枪间夹角和吹气量下,增加侧枪数未必有类似效果,且会使单枪气量减小,使侧吹气流水平穿透距离变短.对应于6600 m3/h的实际项吹氧量,5枪、22.5°或6枪、27°能提供大体相当的良好混合效果.对120 t AOD炉,在实际精炼条件下,7枪、18°并非合宜的侧枪配置,6枪、27°可在各精炼期提供良好的熔池混合.确定了混合时间与有关参数的关系.     

多相流模型模拟熔融还原炉内流体流动

CFD软件中的VOF多相流模型和Mixture多相流模型已经被广泛用于冶金过程的数学模拟中.本研究使用FLUENT软件自带的VOF多相流模型和Mixture多相流模型分别对熔融还原炉的单底吹流动进行数学模拟,并同水力学模拟实验结果进行对比,发现从密度场和流场来看,VOF模型的计算结果更符合水力学模拟实验的结果.使用VOF多相流模型对熔融还原炉进行复吹模拟时发现,顶枪枪位较高时,对铁浴没有起到搅拌作用;侧吹炉壁枪仅对靠近壁面处渣层引起喷溅;底吹喷枪会引起铁渣界面的波动.     

侧顶复吹条件下AOD熔池内的传质特性

在120 t侧顶复吹AOD转炉1/4的水模型装置上,采用分析纯氯化钠粉剂,测定了AOD过程中液体内溶质(NaCl)的传质系数,考察了侧吹和顶吹气量、侧枪枪位及支数、粉剂(气泡)尺寸等的影响.结果表明,在本工作条件下,熔池液体内溶质的传质系数在7.31×10-5～3.84×10-4 m/s范围内;对给定侧枪支数和侧吹气量的纯侧吹过程,传质系数随相邻两侧枪间夹角的增大非线性增大;侧吹主枪气体对熔池内传质有决定性作用,顶吹气流使传质速率减小;增大颗粒(气泡)尺寸使传质系数增大;对应于实际工艺所规定的顶吹气量,7枪、22.5°和6枪、27°以及5枪、22.5°的侧枪配置均能提供较大传质速率.得到了有关的无量纲关系式.     

电极插入深度对矿热炉加热影响的CFD分析

为了探究三相交流电矿热炉在稳定工作时的炉内工作情况,建立了48MW矿热炉的三维有限元模型,研究了不同电极插入深度对于炉内温度场分布的影响,并对熔池内的融化凝固情况进行了分析。结果表明：熔池内最高温度在电极下方的坩埚区内;固液两相的分布情况与温度场梯度变化有关;随着电极插入深度的增加,熔池内部的最高温度会不断降低。     

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。     

210 t顶底复吹转炉溅渣护炉模拟研究

对某厂210 t顶底复吹转炉进行了溅渣护炉水模型实验,测定了炉衬不同部位的溅渣量,考察了操作参数对溅渣效果的影响,得到最佳工艺操作参数为：顶吹流量50000 Nm3/h,枪位3680 mm,氧枪喷头倾角15°,留渣量21 t,底吹元件布置方式A1,底吹流量900 Nm3/h.     

Bubble formation mechanism from downward nozzle—Effect of nozzle shape and operating parameters

To achieve a complete resolution system of organic chlorinated compounds, the gas absorption of organic chlorinated compound gas into a molten salt has been considered. In this process the dispersion of gas bubbles in molten salts has played an important role for the efficient mass and heat transfers. The common dispersion method is blowing the gas bubbles through nozzles or orifices submerged in liquids. Much research has been done on bubble formation from upward nozzles or orifices in liquids, while little has been known about the bubble formation from downward nozzles.The purpose of the present study is to investigate the effects of nozzle shape and operating parameters on bubble formation mechanism from the vertically downward nozzle. As a result, the bubble formation and the bubble size are influenced by the edge angle of nozzle, inner and outer diameters of nozzle, and gas flow rate, whereas the gas chamber volume hardly influences on the bubble size.     

固定床熔渣气化高速射流区气固运动行为研究

为研究固定床熔渣气化炉中气化剂喷嘴安装角度、喷嘴口径、气化剂射流速度与高速射流区深度的关系,利用模化原理对工业级气化炉高速射流区建立50 cm二维冷态模型,采用精密皮托管测量颗粒床层中的气体速度分布,并采用无量纲分析方法,对试验数据进行处理。结果表明:射流穿透深度与喷嘴口径的二次方大致成正比关系;射流深度随喷嘴安装角度的增大呈现先增加后减小的趋势,使得射流深度最大的安装角度为17°~20°;射流深度随射流气速增加呈增大趋势,并拟合出气化剂喷嘴安装角度、射流速度、喷嘴口径与射流区深度的无量纲关系式。     

Y形气-液顶吹喷枪流型及两相流混合特性实验

贫化电炉气液顶吹喷枪是一种独特的垂直下降管,其一端Y形通入气液两相,一端直接通入熔池中进行喷吹作业。本文采用多相流水模型模拟仿真的实验手段进行了定量分析,结果表明：不同于传统的垂直下降管,这种顶吹喷枪的管内流型受气液相间压差的影响,产生了一种由环状流过渡为泡状流的流型,不同流型的分布区域与压差的大小有关并且稳定存在;在支管与主管的交叉区域,对于不同的气液比存在3种气液混合相分界面,并各自产生不同的流型;浸没式顶吹气泡群形态在不同的管内流型驱动下有较大差异,表现在深度及宽度两个方面,并证明了气液比为2～5间的生产效果是最佳的。     

板坯连铸结晶器内流场数值模拟

利用FLUENT软件对1300 mm′230 mm的板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以流体表面流速和射流冲击深度作为主要参考指标,研究了水口的特性及拉速、水口浸入深度对该水口作用下结晶器内流场的影响. 结果表明,A水口作用下具有表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣的可能性大等特点,且随拉速的增加而逐渐增大;随拉速的增加,结晶器内最大表面流速以0.06 m/s的幅度逐渐增大,射流冲击深度呈减小趋势,在150, 170和190 mm浸入深度下,结晶器液面表面流速最大值分别为0.599, 0.518和0.465 m/s,射流冲击深度分别为385, 410和420 mm,随水口浸入深度的增加,结晶器内表面流速逐渐减小,射流冲击深度逐渐增加;在实际生产过程中,使用A水口时应适当降低拉速、增大水口浸入深度;在高拉速的情况下,需用平行水口替换A水口.     

Shell粉煤气化炉渣池内熔渣流动特性

搭建Shell气化炉及其下部渣池的冷模装置,采用糖浆模拟熔渣,研究熔渣离开渣口后,在渣池上部空间的流动特征.研究发现:模拟熔渣离开渣口落入渣池并非自由沉降过程,而是在气化炉内旋流场作用下发生旋转,并最终由液膜变成液丝.当装置负荷大于75%时,部分模拟熔渣会在旋转气流作用下开始沉积到渣裙壁面.模拟熔渣在渣裙壁面上的沉积率...     

大型双射流流化床的流体动力学特性

在Ф0 .5m× 8m大型双射流流化床中 ,通过摄像、放像逐帧分析法和sthVCD软件分析录像转换的VCD ,得到了不同管间距下双射流典型的运动图像 .同时研究了两射流独立存在区、过渡区和射流合并区 3种流型的相互转变 ,得出了流型转变的关系式 .不同射流管间距下相同射流气速的射流深度相比 ,管间距减小则射流深度减小 ;在较小的管间距和相对高的射流气速下 ,两射流在射流深度之内始终合并 ,表现为射流合并高度 .得出了射流深度、射流合并高度的定量关系式 .分数维关联维数表明大型双射流流化床是一个确定性混沌系统 ,考查了管间距、静床高度对关联维数的影响     

Crossflow evaporating sprays in gas-solid flows: Effect of aspect ratio of rectangular nozzles

Many industrial applications of rapidly evaporating sprays in gas-solid suspensions involve the use of rectangular spray nozzles and crossflow spray injection. This paper presents a numerical study on the effects of aspect ratio of rectangular nozzles on the spray characteristics and phase interactions in such spray-gas-solid three-phase flows. The gas-solid flow is simulated via Eulerian two-fluid modeling and the spray is tracked via Lagrangian trajectory approach. Our study shows that the effect of aspect ratio has a significant impact on the penetration length and trajectories of the spray jet under the same flow conditions. The vertically oriented rectangular nozzles (i.e., nozzles with aspect ratios less than unity) have deeper penetration than the horizontally oriented ones (i.e., nozzles with aspect ratios more than unity) with the same nozzle injection area whereas the effect of aspect ratio has little impact on the spray deflection. The spray cross-section maintains the rectangular shape that expands basically following the original fan angle of the nozzle jet. The simulation also shows some strong phase interactions caused by the rapid spray evaporation, such as the formation of a dense layer of solids around the spray from the compression effect of vapor expansion and rigid wall of gas-solids flow chamber and the existence of a large diluted solids region in the vicinity of downstream of nozzle from the combined effects of evaporation and vapor crossflow convection.