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。     

南钢110 t转炉顶吹氧枪喷吹特性模拟与应用研究

本研究利用Fluent软件对南钢110 t转炉顶吹氧枪喷头参数对超音速射流流场分布特性影响进行三维数值模拟,并将研究结果应用到南钢110 t转炉常规冶炼过程。研究结果表明,13.5°四孔氧枪在1.7 m处(理论枪位)保持较高的射流速度,且射流有效冲击半径最大。即13.5°四孔氧枪可有效提高氧气与熔池的接触面积,提高氧气利用效率。基于412炉次冶炼数据结果发现,相比于原氧枪,在采用设计流量为24 000 m3/h,喷孔夹角13.5°的优化后氧枪时,在相同冶炼条件下,110 t钢水的平均冶炼时间及终点碳氧积分别减小1.5 min及0.000 3,熔池脱磷率提高4.1%,终渣TFe含量下降1.7%。     

150t脱碳转炉氧枪结构模拟优化

采用数值模拟方法，对150 t脱碳转炉顶吹氧枪射流流动特性进行了模拟研究，以提高氧枪冲击搅拌能力，强化其冶金使用效果。为满足承德钒钛脱碳转炉的实际冶炼要求，设计了三种氧枪结构，通过对比优化前后氧枪的熔池流场分布特性及冶炼指标，确认优化后提钒氧枪结构参数。研究表明，相较优化前氧枪，选用设计马赫数为2.02的优化后氧枪，熔池平均流动速度提高39.2%,冲击直径提高2.8%,冲击深度提高12.9%。为确认数值模拟研究结果的可靠性，共进行了1 542炉次工业试验，结果表明优化后氧枪，在相同冶炼条件下，平均冶炼时间及终点碳氧积分别减小0.2 min及0.000 5,总渣料消耗节约6.6%。     

提高供氧强度对转炉冶炼的影响

转炉供氧强度大小的选择主要取决于它的喷溅情况,同时还应考虑原料状况、冶炼钢种、炉容比、转炉排烟能力等条件,通常在无喷溅的前提下应尽量使用较大的供氧强度。提高转炉供氧强度能缩短吹氧时间,增加钢产量,强化氧射流与熔池的作用,加快脱碳速度、成渣速度和熔池升温速度,减少氧气消耗,提高转炉炉龄。     

漩流氧枪转炉炼钢熔体的喷溅行为

 转炉冶炼过程金属熔体的喷溅对于转炉反应器的性能有重要影响。氧枪作为氧气射流的产生及控制单元,决定了转炉吹炼过程熔体的喷溅行为。通过水模型试验,研究了漩流氧枪转炉冶炼过程熔体的喷溅,考察了氧枪喷孔扭转角设计及操作参数下熔体喷溅速率和喷溅的空间分布规律,基于此,分析了漩流氧枪对转炉反应器性能的影响。结果表明,相比于传统氧枪吹炼,漩流氧枪吹炼时熔体喷溅速率降低,喷溅高度下降,喷溅在径向空间分布趋于均匀,且随着喷孔扭转角的增大,该分布规律变化更为显著,扭转角大于20°时,喷溅到炉口及炉外的熔体降为零。漩流氧枪吹炼时,喷溅速率及喷溅量在不同径向和高度位置处分布随着顶吹气量的增大而增大,受枪位的影响规律与扭转角有关。     

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。     

100t顶底复吹转炉冶炼过程的水力学模拟研究

以100 t顶底复吹转炉与氧枪工艺参数为基础,采用冷态模拟方法,研究了熔池深度、枪位、顶吹和底吹气体流量对转炉冶炼效果的影响规律。结果表明,100 t顶底复吹转炉的熔池深度控制在1.25 m以内,有利于延长炉底的使用寿命;枪位控制在60~90 mm(实际枪位为1.25~1.5 m)范围内、顶吹流量为37 Nm3/h(实际流量为21 000 Nm3/h)时,能提高搅拌强度,保证适当的熔池冲击深度以及最小的炉口喷溅量。     

基于数值模拟的双联法炼钢供氧优化研究

利用CFD软件对福建三钢闽光股份有限公司120 t转炉进行了氧气射流与三相流数值模拟,模拟结果表明:4孔脱磷氧枪的射流和化渣效果优于3孔脱磷氧枪,可保证化渣过程整个熔池的吹炼面积,促进脱磷反应的稳定高效进行;Ma=2.03优于Ma=1.98的脱碳氧枪,有利于转炉脱碳过程造渣,促进脱碳反应的进行.将新氧枪应用于福建三钢闽光股份有限公司现场的转炉冶炼,表明脱磷氧枪与脱碳氧枪综合脱磷能力强,可有效地控制熔池温度,达到了前期脱磷保碳、后期脱碳升温的生产需求.     

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。     

RH真空脱碳工艺的研究分析

结合实际生产数据,分析了转炉终点控制对RH真空脱碳的影响,分析认为,冶炼超低碳钢时,转炉终点碳含量≥0.05%,需要进行RH强制脱碳;终点碳含量≤0.04%时,可以进行RH自然脱碳,也可以在出钢过程中进行最大810kg的微碳锰铁（锰含量80%）合金化操作。底吹氩2min降低钢水氧活度约190×10-6。没有底吹终点钢水碳含量不均匀,均匀性相差0.01%～0.02%。     

漩流氧枪应用于转炉炼钢的水模试验研究

氧枪在转炉冶炼过程供氧、造渣、熔池搅拌等方面起着十分重要的作用,其性能对于转炉冶炼进程和钢水质量的控制有着决定性的影响。通过水模型试验,研究了漩流氧枪对转炉冶炼熔池特性的影响,主要考察了漩流氧枪喷孔扭转角设计及氧枪操作参数对熔池振荡特点、冲击坑尺寸、熔池搅拌的影响规律。结果表明,相比于传统氧枪,漩流氧枪具有喷溅少、化渣快、搅拌能力强的优势。当喷孔扭转角在0°～30°时,氧枪对熔池的搅拌在喷孔扭转角为20°时达到最佳状态,此时可获得熔池最短混匀时间为20.5 s。对于传统氧枪,熔池混匀时间与冲击坑深度总体上具有单调变化关系,即混匀时间随冲击坑深度的增大而缩短;但对于漩流氧枪,二者无明显依赖关系。     

CSP流程生产超低碳钢的RH工艺优化

论述了马鞍山钢铁股份公司CSP流程生产超低碳钢工艺中RH真空脱碳技术的优化,通过对转炉终点的控制、RH-MFB吹氧工艺的优化、提升气体流量的优化实现了在同样RH处理周期的条件下,RH终点平均w(C)达到15×10-6,为CSP流程批量生产超低碳钢提供了技术保障。     

100t转炉供氧优化数值模拟与应用

利用CFD软件对首钢水城钢铁(集团)有限责任公司100 t转炉进行了三维三相流数值模拟。模拟结果表明由于新氧枪产生氧气射流的冲击,熔池中的冲击面积和冲击深度比原氧枪有所提高。新氧枪搅拌能力好,可以促进钢液中的传质、传热,加快冶炼节奏。为检验模拟结果,将新氧枪应用于水钢转炉冶炼,结果表明新氧枪搅拌能力强,脱碳速度快,而且吨钢氧耗、供氧时间和供氧强度都能满足炼钢生产需求。     

大型转炉高供氧强度吹炼的水模实验

为使大型转炉的生产率达到国际先进水平,在300~350t大型氧气转炉上实现4.0~5.0m3/(t·min)的高供氧强度吹炼,设计了新的大流量氧枪喷头,并在1∶10的有机玻璃模型上进行氧射流与熔池作用的水模实验。水模实验大流量氧枪喷头的主要参数为:喷头孔数6~8个,采用双角度交错布置,喷孔倾角10°~17°,喷孔出口马赫数2.0~2.2。同时测定了枪位高度为1.8~2.6m时的熔池喷溅率、混匀时间和穿透深度。研究结果表明,大流量新喷头的喷溅量和射流对熔池的穿透深度都在转炉正常吹炼范围内,熔池混匀时间平均缩短6s,泡沫渣可将喷溅率降低50%。大流量新喷头良好的吹炼性能为大型转炉高供氧强度吹炼的氧枪喷头设计提供了可靠的数据。     

高供氧压力下高马赫数氧枪数值模拟

  以北方某钢厂100 t转炉为原型，建立顶吹转炉炉内流场的三维数学模型，采用Fluent软件研究了不同高马赫数氧气射流与熔池钢液速度流场分布之间的依赖关系。研究发现，高马赫数氧枪在Ma（马赫数）为2.0～2.3时，曲线平稳，为最佳供氧压力。在提高供氧压力的同时，氧气射流的最大速度、熔池钢液面的冲击直径及冲击深度也随之增加。模拟结果显示，氧气射流在设计工况氧压小于1.0 MPa时，射流之间相互干扰作用最弱；氧气射流在设计工况氧压力大于1.0 MPa后，冲击直径与冲击深度增幅较小。基于上述研究，在实际生产中应用了高马赫数氧枪后，并结合变枪变压操作工艺，可以改善熔池底部钢液流动状况、稳定转炉吹炼过程、控制炉渣喷溅。     

转炉复合吹炼过程中的喷溅机理

在转炉复合吹炼过程中，氧枪参数与底或侧吹透气砖的结合对喷溅行为有影响。一项研究阐明了氧枪射流与底吹气柱和侧吹射流之间的相互作用并测定对喷溅的影响。根据水力模型试验，在复吹过程中存在三种基本规律。第一，当底部透气砖刚好位于氧枪射流的下面时，氧枪射流的空穴的形状变得比没有底吹时更低。这使喷溅的方向转到更低的轨迹。采用侧吹时也有类似的现象。     

转炉复合吹炼过程中的喷溅机理

在转炉复合吹炼过程中，氧枪参数与底或侧吹透气砖的结合对喷溅行为有影响。一项研究阐明了氧枪射流与底吹气柱和侧吹射流之间的相互作用并测定对喷溅的影响。根据水力模型试验，在复吹过程中存在三种基本规律。第一，当底部透气砖刚好位于氧枪射流的下面时，氧枪射流的空穴形状变得比没有底吹时更低。这使喷溅的方向转到更低的轨迹。采用侧吹时也有类似的现象。     

120 t转炉氧枪喷吹射流特性及其冶金效果

运用数值模拟的手段研究了天钢联合特钢有限公司120 t转炉氧枪优化前后两种氧枪顶吹射流特性,并分析射流与熔池相互作用特性。研究结果表明,新枪可有效提高氧射流对熔池的作用效果,提高氧气利用率。分析冶炼数据发现,相较于原枪,优化后供氧时间缩短2.12 min,吨钢氧耗下降5 Nm3/t,渣中Fe O含量下降1.75%。     

超音速射流冲击260 t转炉熔池界面行为研究

建立了260t转炉吹炼过程中的可压缩、非等温三维VOF 模型。研究了多孔超音速射流与转炉熔池作用过程特征,阐明了射流与熔融钢水界面接触的轮廓变化。揭示了钢液喷溅机制,定量分析了冲击坑形态大小。结果表明,吹炼过程具有瞬时性,随着吹炼进行,气液界面逐渐失稳并发生喷溅,喷溅会以大块金属带和液滴两种形式共存。在2.2 m枪位53000 m³/h的工况下,进行吹炼时形成的底部死区面积约为熔池底部面积的12%~15%,冲击坑直径占比熔池直径的55%左右,冲击坑深度占比熔池深度的30%左右。工业生产实践表明,过程枪位2.2 m,吹气量53000 m³/h,吹氧15.2 min,氧耗47.7 m3/t,脱磷率83.1%,钢铁料消耗降至1115 kg/t。     

唐钢50 t复吹转炉水模型的实验研究

针对唐钢50 t复吹转炉,采用1:6.35水模型的正交试验,研究了氧枪枪型、枪位、顶吹流量和底吹流量对熔池混匀时间、穿透深度、冲击面积和喷溅量的影响。结果表明,与4孔氧枪相比,使用改进后的4孔变角氧枪可增加对熔池的冲击面积,降低穿透深度和炉口溅出量,缩短混匀时间。对于50 t复吹转炉实际枪位≤1.3 m,有利于缩短冶炼时间,提高冶炼强度;顶吹流量控制在13 000～14000 m³/h,可缩短混匀时间和减少炉口溅出量。