复吹转炉渣金间传质物理模拟及应用

 将200 t复吹转炉按照1：12的比例缩小,用液体石蜡模拟炉渣、水模拟钢水、压缩空气模拟顶吹和底吹气体,在实验室建立模拟复吹转炉吹炼过程熔池渣金间传质的试验模型,在顶吹气体流量为88 m3/h条件下,通过相对集中非对称布置的4、6、8、10、12支底枪吹入不同底吹气体,用苯甲酸作为传输物质,试验测定了复吹转炉熔池渣金间的容量传质系数,考察不同底枪支数和布置以及底吹气体流量对渣金间传质速率的影响,优化复吹转炉底枪布置和底吹气体流量,以增强复吹转炉熔池的搅拌,改善熔池渣金反应动力学条件。研究结果表明,当底吹气体流量为1.14 m3/h时,在4～12支的底枪布置方案中,4、6支底枪布置方案的容量传质系数(分别为1.77×10-4、1.80×10-4 L/s)低于8、10、12支底枪布置方案的容量传质系数(分别为2.41×10-4、2.24×10-4、2.42×10-4 L/s);当底吹气体流量为0.57 m3/h时,在8～12支底枪布置方案中,10、12支底枪布置方案的容量传质系数(分别为1.68×10-4、1.69 ×10-4 L/s)明显大于8支底枪布置方案的容量传质系数(0.95 ×10-4 L/s);在底吹气体流量不小于1.14 m3/h后,8、10、12支底枪布置的容量传质系数相差不大,在2.24×10-4～2.87×10-4 L/s的范围;在气体流量小于1.14 m3/h时,随着底吹气体流量的增加,渣金间的容量传质系数增加显著,底吹气体流量大于1.14 m3/h后,容量传质系数增加变缓。将12支底枪布置方案应用到实际复吹转炉,整个炉役的平均碳氧积为0.001 96×10-4,在不同炉龄阶段,终点钢水平均碳氧积为0.001 88×10-4～0.002 04×10-4,终点钢水碳氧积小于0.002 5×10-4的炉次比例达到90.53%。     

100 t顶底复吹转炉水力学模型研究

利用100t顶底复吹转炉进行水力学模型实验,研究纯底吹条件下不同底吹供气元件布置方案对熔池搅拌效果的影响,在此基础上,设计正交试验,分别研究复吹条件下底吹流量、顶吹流量和枪位对熔池混匀时间、冲击直径及冲击深度的影响.研究结果表明:底吹供气元件布置方案对熔池混匀效果影响很大;在顶底复吹条件下,顶吹流量对熔池混匀效果影响最大,且对于熔池冲击直径和冲击深度,顶吹流量和枪位起主要作用,底吹流量对其影响不大.     

180 t转炉底吹和顶-底复吹射流与熔池作用的水模型研究

根据180 t转炉的实际生产情况,以修正的Froude准数为相似准数,建立几何相似比10 ： 1水模型,进 行了四孔对称单纯底吹试验,并在最佳的底吹工艺参数下(底吹最佳位置为喷嘴所在同心圆直径:转炉熔池直径= 0. 3处;最佳流量为0. 7 m³/h,均混时间18. 2 s),通过改变顶吹氧枪的气体流量和吹炼枪位进行了顶底复吹转炉射 流与熔池作用的试验。结果表明,在底吹条件下,增加顶吹工艺(最佳枪位150 mm,最佳流量39 m³/h),熔池平均 的均混时间减少了 5.6 s, 180 t转炉顶底复吹可显著提高经济效益。     

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。     

300t双联复吹脱磷炉的物理模拟分析

进行了300t脱磷转炉水模型实验,研究了8支底吹元件下不同底吹布置方式、底吹流量大小、顶吹参数、废钢加入比及不同废钢单重对熔池混合效果的影响。研究得出,当底吹元件集中对称布置在炉底0.42 D圆周上,底吹供气强度达到2.94m3/h,氧枪的枪位控制在58~88mm之间时,熔池的混匀效果较好。通过熔池废钢加入的研究得出,当废钢比增加到10%时,熔池混匀时间值变化非常显著,不同单重废钢对熔池的混匀规律影响相似,在顶吹流量为30 000m3/h时,对于1.5t废钢单重,达到悬浮重量须满足底吹流量不小于4 010m3/h,研究结果可为实际操作工艺参数的优化提供参考依据。     

工艺参数对120t转炉顶底复吹影响的水模型研究和应用

进行了120 t转炉几何相似比1:7的4因素5水平正交水模型实验,研究氧枪距离熔池高度(200~280 mm)、顶氧枪流量(72.5~99.0 m~3/h)、底吹流量(0.8~2.4 m~3/h)、底吹气孔(4~8孔)位置分布对转炉顶底复吹的影响。结果表明,底吹气孔位置分布是影响熔池搅拌效果的最重要的因素。当选取氧枪距熔池高度h=240mm,顶枪吹气体流量Q_1=99.0 m~3/h,底吹气体流量Q_2=2.4 m~3/h,底吹气孔(6孔)位置D(4)时,熔池搅拌效果最佳。120 t转炉顶底复吹生产Q235B钢应用结果得出,顶吹流量25 000 m~3/h,底吹流量560~800 m~3/h,底吹6孔布置吹炼14~16 min、钢水终点[C]0.14%~0.18%,碳氧积0.002 3~0.002 5,熔池搅拌效果良好。     

底吹钢包中钢-渣间传质的物理模拟

利用苯甲酸在水-油之间的传质模拟底吹钢包中冶金反应的传质过程,研究了渣中传质为速度限制环节时底吹流量、渣量、底吹位置对传质速度的影响.研究结果表明,传质速度随底吹流量的增加而增大,超过某一临界流量时速度增加更快,实验中苯甲酸的传质在低流量时kA∝Q0.20,在高流量时kA∝Q0.80,传质速度的突然加快是由于大量渣滴被卷入水中使渣钢接触面积变大;钢-渣间传质速度随渣量的增加而增加;中心底吹比偏心底吹传质速度更快,钢包优化底吹位置的确定应该综合考虑熔池的混匀时间和渣钢间的传质速率.     

转炉底吹元件非均衡供气搅拌的冷态水模拟

通过水模试验,研究了复吹转炉底吹强度、布置模式、流量分配比对熔池中渣-钢间传质系数的影响。试验表明,渣-钢间传质系数随着流量分配比的增大,存在先升高后降低的规律,且不同底吹强度下拐点位置不一致。混匀时间随流量分配比的增大先降低再升高。在连续布置下,对于0.20 m3/(t·min)的底吹强度,底吹流量分配比为4∶1时,渣-钢间传质效果最优,与常规底吹均衡供气方式相比,渣-钢间传质系数能够提高81.4%。在间隔布置下,对于0.15 m3/(t·min)的底吹强度,底吹流量分配比为2∶1时传质效果最优,渣-钢间传质系数能够提高42.5%。连续布置比间隔布置提高渣-钢间传质效果更好。     

复吹转炉顶吹枪位与非均衡底吹搅拌的水模拟

为优化120 t复吹转炉冶炼效果,通过水模型试验,模拟研究了复吹转炉底吹强度、顶枪枪位、底吹排布方式和流量分配比对渣 钢间传质效果和熔池混匀时间的影响。研究表明,在相同底吹条件下,顶枪低枪位操作时渣 钢间传质系数比高枪位操作时渣 钢间传质系数大,且随着底吹流量分配比增大,渣 钢间传质系数先增大后减小。在相同顶枪枪位操作条件下,底吹元件间隔排布时,渣 钢界面传质效果总体优于连续排布。随着底吹流量分配比增大,高枪位和低枪位混匀效果变化趋势近似相反。在高枪位下,底吹元件连续排布混匀时间总体少于底吹元件间隔排布时对应的混匀时间;在顶枪低枪位操作条件下,底吹元件连续排布混匀时间总体大于间隔排布混匀时间。通过顶枪枪位、底吹排布和流量分配比的合理匹配,较传统均衡流量底吹模式,传质系数可提高30%～125%,混匀时间可减少8.6%～51.5%。     

转炉复吹过程渣滴分散相粒度及空间分布的水模型研究

通过800mm高、熔池深度118mm的水模型模拟了转炉的复吹过程。使用不同粒度级别的渣滴分散出现频率与其尺寸级别的比例关系|M₈|参数和其空间分布均匀程度|K₈|参数,研究了操作条件对渣滴分散粒度及空间分布的影响,并得出经验公式。结果表明,在顶吹流量20～40m³/h和底吹流量0～1m³/h的情况下, 顶、底吹流量的增加有利于渣滴分散相的均匀分布。     

Cold Simulation of Oxygen Transfer Rate in BOF

 By measuring the mass transfer coefficient of between water and oil, the oxygen transfer rate of bath in the BOF smelting process is researched, and the influence of top and bottom blowing gas flow rate on the mechanism of mass transfer between metal and slag is discussed. The results show that when the bottom blowing gas flow rate increases on the conditions of top blowing, the mass transfer rate evidently increases, and the influence ratio of top blowing on the mass transfer is 10 percent of bottom blowing; The relation among top gas flow rate, bottom gas flow rate and lance height are established by the stirring power density. The equation between the mass transfer coefficient between metal and slag is formed, which furnishes reference for optimizing process parameters of BOF. The relation between the emulsification ratio between water and oil and the bottom blowing gas flow rate on the condition of top and bottom blowing is obtained. The result shows that with the increase of the bottom blowing gas flow rate the emulsification ratio increases in linearity, which increases the mass transfer rate of benzoic acid between water and oil.     

重钢85t复吹转炉的水模型试验

通过重钢85 t复吹转炉1∶8的水模型,试验研究了顶枪枪位、底吹流量对转炉熔池混匀时间、炉口喷溅量、冲击深度和液面扰动的影响。实验表明,模型获得最大搅拌能的顶枪枪位为50~100 mm;枪位在90~110 mm时,由射流冲击引起的物理喷溅量达到最大值。建立了重钢85 t转炉复吹工艺参数:冶炼前期顶枪枪位为1600~1760 mm,底吹流量240~350 m³/h;中期两参数分别为1100~1300 mm和160~200 m³/h,后期两参数分别为1040~1120 mm和200~350 m³/h。     

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。     

300t 顶底复吹转炉氧枪枪位的水模型研究和应用

研究了300t顶底复吹转炉1:10几何相似比的水模型顶枪枪位（150~230mm）和流量（44~48m³/h）对钢液混匀时间的影响。模拟结果得出,最佳枪位为170mm,最佳流量为45m³/h。钢厂300t顶底复吹转炉应用结果表明,顶吹流量60000m³/h和底吹流量1000m³/h时,当顶枪枪位由1900mm改进为1700mm时,碳氧积平均值由原来的27.94降为23.49,提高了转炉内熔池的搅拌效果,吹炼时间由原15.8min降低至15.5min,降低了生产成本。     

100 t铁水脱硫顶吹辅助扒渣工艺水模型试验和应用

通过1:6水模型试验分析了顶枪吹气辅助扒渣过程中的驱渣动力学机制,试验研究了喷吹气体流量（10~30 L/min）,喷枪插入深度（90~270 mm）和位置（距边缘0~160mm）对扒渣效果的影响。结果表明,随着喷吹气体流量、顶吹喷枪插入深度的增大和喷枪插入位置至铁水罐后壁距离减少,驱渣效果显著改善,有利于铁水渣的扒除。工业应用试验结果表明,采用顶吹辅助扒渣工艺后,扒渣时间明显缩短,但铁损没有显著降低,须进一步优化工艺参数。     

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。