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。     

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。     

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 m³/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 m²、穿透体积处于最大值为0.420 m³,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...     

新型双结构氧枪与转炉熔池交互行为的水模实验

以钢厂260 t顶吹炼钢转炉为研究对象,建立了1:7的物理模型,分析了新型双结构氧枪喷头与熔池作用的交互作用,讨论了不同工况下的冲击坑深度和宽度以及射流对转炉熔池的搅拌强度,并将结果与传统结构氧枪喷头进行比较。结果表明,新型喷头与熔池作用形成的冲击坑深度与传统氧枪喷头的差别不大,设计流量下,枪高为H=35 de时,新型喷头形成的冲击坑深度最大为147 mm;不同枪位下,新型氧枪射流冲击坑直径比传统氧枪射流冲击坑直径平均增加22%;新型喷头的射流对熔池的搅拌效果好于传统喷头,设计流量下的最佳操作枪位为35～40 de。     

转炉聚合射流氧枪水模实验

以炼钢厂180t转炉为原型,进行顶底复吹转炉聚合射流氧枪吹炼的水力学模拟实验.实验通过降低枪位提高射流到达液面的速度,模拟聚合射流氧枪,在优化顶底复吹参数的基础上,研究聚合射流氧枪对转炉钢液搅拌效果的影响.实验结果表明:聚合射流氧枪可显著降低熔池均匀混合时间,其搅拌效果与顶底复吹相当.     

180 t转炉超音速射流和聚合射流与炼钢熔池作用的水模型实验研究

以鞍钢180 t顶底复吹转炉为原型,设计超音速氧枪喷头进行了复吹转炉传统射流与聚合射流对熔池相互作用的水力学模型实验。超音速射流水模实验确定最佳的均混时间为12.6 s;在保持最佳顶吹气体流量的条件下,以降低枪位模拟聚合射流对熔池的相互作用。结果表明:当氧枪枪位下降到40 mm时,均混时间为11.8 s,这说明聚合射流完全可以达到传统射流对熔池的搅拌效果,可取消底吹系统,简化转炉设备和提高转炉炉龄。     

转炉氧枪枪位对炼钢熔池流速的影响

转炉炼钢利用供氧枪位的改变实现前期化渣、中期脱碳升温以及后期强化搅拌的目的.本文基于100t炼钢转炉,研究了四孔超音速氧枪喷吹时枪位变化对熔池流动状况的影响.研究发现：低枪位有利于增加射流冲击深度,加速熔池表层钢液;高枪位有利于增大射流冲击面积,促进钢液速度在径向方向上均匀分布,增加熔池底部钢液速度.随着枪位从1.2m提高至1.8m,冲开渣层的直径从2.119m增加为2.645m,射流的冲击深度显著降低.     

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。     

基于氧枪喷头磨损的熔池搅拌特性

研究氧枪喷孔出口磨损程度对射流动力学参数及熔池搅拌效果的影响可以为氧枪喷头设计和冶炼工艺优化提供理论支持。建立了0°、10°和20°磨损角度氧枪自由射流几何模型,分析了喷孔出口磨损程度对射流轴向和径向动力学参数分布的影响,发现入口压力相同时,喷孔出口磨损程度增大,射流速度、动压和马赫数衰减加快,射流聚合程度增强。在喷孔出口0.18 m范围内,磨损后氧枪的湍动能大于未磨损氧枪,且磨损程度越大,射流湍动能越大。超过此范围后,未磨损氧枪湍动能大于磨损后氧枪。在喷孔出口1 000 mm处,射流径向最大速度、动压、马赫数和湍动能均随着喷孔出口磨损程度的增大而减小。建立了120 t转炉和5孔氧枪1∶4水力学试验模型,研究了枪位和气体流量变化对不同磨损程度氧枪冲击效果和混匀时间的影响,分析了枪位和气体流量相同时氧枪喷孔出口磨损对熔池流场的影响。发现气体流量相同时,随着枪位升高,熔池冲击深度减小,冲击直径增大,混匀时间增大。枪位相同时,随着气体流量增大,熔池冲击深度和冲击直径增大,混匀时间减少。枪位和气体流量相同时,喷孔出口磨损程度增大,冲击深度和冲击直径减小,混匀时间增大,高锰酸钾溶液完全扩散时间增...     

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。     

聚合射流氧枪射流特性的实验研究

利用带有中心主孔的Laval喷管和16个副孔的聚合射流氧枪喷头的氧枪射流检测系统研究氧枪射流中心速度的衰减规律,测试常温氦气代替高温燃烧的保护气体作为伴流而产生的聚合射流,以及高温以主孔通空气,两副孔分别通入氧气和丙烷来产生保护气体模拟的聚合射流。结果表明,聚合射流特性优于传统射流特性,常温下随氦气入口压力增加,中心射流的轴向衰减变缓,获得比传统超音速射流更长的超声速区域;高温下通过调节燃气和氧气流量可改变环状火焰长度,同时可以根据生产实际情况变化主射流长度,满足冶炼工艺要求。     

电弧炉炼钢集束射流氧枪的射流特征

对电弧炉炼钢用集束射流氧枪的射流特性进行了冷态和热态试验。50tUHP EAF的工业试验表明，使用集束射流氧枪可降低电耗20kWh/t，降低氧耗15％,提高生产作业率5％，降低吨钢成本10元。     

电弧炉炼钢集束氧枪射流冲击深度特征规律研究

电弧炉炼钢广泛采用集束射流供氧技术以强化熔池搅拌、加速冶金反应和提升产品质量.本文利用数学分析方法推导出射流冲击深度理论计算模型并进行了修正, 利用数值模拟和水模型实验方法验证所推导计算模型的可靠性.实验结果表明:集束射流与普通超音速射流的冲击深度规律相似.同射流条件下, 随着氧枪枪位的提升, 冲击深度逐渐减小;同枪位条件下, 集束射流冲击深度大于普通超音速射流冲击深度;集束射流的k值和射流轴线密度大于普通超音速射流, 这表现为相同氧枪枪位条件下, 集束射流的冲击深度更深.     

Modelling on the penetration depth of the coherent supersonic jet in EAF steelmaking

The coherent supersonic oxygen supplying technology is now widely adopted in EAF steelmaking process. However, there has been limited research on the impact characteristics of the coherent supersonic jet. In this work, integrating theoretical modelling and numerical simulations, a hybrid computing model was developed to predict the penetration depth of the coherent and conventional supersonic jet. The results show that the lance height has much significant influence on the jet penetration depth, and the penetration depth of the coherent supersonic jet is much larger than that of the conventional supersonic jet at the same lance height. The k value reflects the velocity attenuation of the main supersonic jet, which is a key parameter of the hybrid computing model. Finally, the hybrid computing model and its modified models can well predict the penetration depth of the coherent and conventional supersonic jet with the error being no more than 3.92?pct.     

聚合射流流场的仿真模拟

 为研究有低密度伴随的聚合射流氧枪射流流场,利用氧枪射流检测系统,对常温下(冷态)以空气模拟的射流进行了物理模拟。结合数值模拟结果,分析了传统无伴随流射流以及带有副孔氦气低密度伴随情况下射流流场的流动状态,讨论了在不同的滞止压力和环境温度时有、无伴随射流流场特性。结果表明,修正的k ε双方程模型能较好地预测实验结果,伴随流的存在减缓了中心射流的沿程衰减,环境温度的变化影响射流在径向和轴向的流动状态。     

70 t 电弧炉炼钢集束射流氧枪流场的数值模拟及应用

用CFX5.7.1 软件对电弧炉炼钢用集束射流氧枪和普通氧枪的射流特征进行了数值模拟和冷态试验。结果表明,集束射流氧枪比普通超音速氧枪射流长,射流集中、衰减慢。在鄂钢70 t Consteel电弧炉 上应用表明,使用集束氧枪后平均电耗由338 kWh/t降低到219 kWh/t,电极消耗未变,为1.86 kg/t,氧耗由 51.6 m³/t提高到60.3 m³/t。