钢包卷渣临界底吹流量规律的水力学模拟研究

用水模拟钢水、油模拟钢渣,通过水力模型研究了底吹钢包中的临界卷渣流量.结果表明,临界卷渣流量随渣层厚度的增加而减小,随粘度的增加而增大,通过分析渣-钢界面的速度分布和能量平衡,对以临界流量作为卷渣发生的判定条件的准确性进行了检验.采用因次分析得到了底吹钢包临界卷渣流量的无因次表达式Qcr∝(Δρσ/ρ2s)0.35(μs/μm)0.3(Hs/Hm)-0.42,利用该表达式计算了实际钢包卷渣的临界流量,分析了影响因素,建议110 t钢包进行钢水弱搅拌净化操作时最大底吹流量为QN＝240 L/min.     

转炉渣钢间传质的冷态模拟试验

在转炉冶炼过程中,底吹参数对渣钢间传质起着非常重要的作用。为了研究底吹参数如底吹枪支数、底吹强度对传质效果的影响,以100t转炉为原型,根据相似原理,通过冷态模拟试验研究了苯甲酸在油水间的传质规律。试验表明,传质系数随着底吹强度增加呈现先增加后减小的现象;最优底吹流量随底吹枪支数增加而增加,底吹枪由4支逐渐增加到10支时,最优底吹流量由0.08增加至0.25m3/(t·min);最优单支枪供气强度为0.02~0.025m3/(t·min),且随底吹枪支数增加略有增加。     

底吹方式对渣-钢界面影响规律的水模型

 利用水模试验方法模拟底吹方式对转炉吹炼过程中渣-钢界面搅拌与传质效果的影响,研究底吹强度、底吹枪个数等因素对渣-钢界面搅拌与传质的影响规律。试验研究结果表明,由于底吹搅拌作用,使渣-钢间传质速率呈规律性变化。不同底吹枪个数与底吹搅拌强度的组合,存在渣-钢界面传质速率的最大值。单支底吹枪的底吹强度为0.020～0.025 m3/（t·min）时,渣-钢间传质速率最大。     

不同钢包底吹氩模式对钢液精炼效果的影响

以180 t双孔底吹氩钢包为研究对象,对6种钢包底吹氩模式进行数值模拟,并结合现场试验与当前采用的吹氩模式进行对比。研究发现：（1）钢液的混匀时间随吹氩量的增加而减少,吹氩量一定时,差流量吹氩模式对钢液的搅拌强于等流量吹氩模式。（2）不同的钢包底吹氩模式,渣眼形成的位置不同,渣眼面积也不同。总流量一定时,差流量吹氩模式钢液面最大流速大于等流量吹氩模式,易发生钢液卷渣。（3）差流量吹氩模式渣线处渣层厚度的波动大于等流量吹氩模式,且流量差值越大,波动越剧烈。（4）差流量吹氩模式通过“强-弱”流股的配合,进一步强化了钢包底吹氩的钢液精炼效果。工业试验表明,采取等流量吹氩模式（500 L/min—500 L/min）,钢中的较大夹杂物的数目明显多于差流量吹氩模式（400 L/min—600 L/min）。     

吹氩精炼钢包内非金属夹杂物去除机理

 通过物理模拟试验,研究分析了底吹氩精炼钢包内夹杂物去除机理以及吹氩量对其的影响规律。结果表明：钢包中夹杂物的上浮主要是通过上升的钢液流携带,底吹氩量对夹杂物在钢包表面的钢-渣界面去除行为存在重要影响。吹氩量较小时,钢-渣界面稳定,夹杂物在浮力、毛细作用力等共同作用下穿过平坦的钢-渣界面而被吸收;吹氩量较大时,钢-渣界面波动大,渣眼周围发生卷渣,夹杂物被卷入的液滴吸收,随液滴进入渣层;吹氩量大,渣眼周围形成渣泡,夹杂物被渣泡吸收,随渣泡进入渣层。吹氩量达到一定时,夹杂物被钢-渣界面的吸收成为其被去除的限制性环节,且吹氩量较大时夹杂物去除效果最差,为实际吹氩精炼过程吹气量的控制提供了指导。     

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。     

复吹转炉钢-渣间容量传质系数的水-油模型

在熔池直径880mm、深258mm的冷态模型中，利用水模拟钢水、机油模拟渣、苯甲酸模拟钢-渣间传输物质来研究熔池直径5285mm、深1545mm的复吹转炉吹炼工艺参数对钢-渣间容量传质系数的影响。结果表明，枪位350mm，顶吹流量117m^3/h，底吹流量1．68m^3/h至2．36m^3/h时，传输物质苯甲酸的容量传质系数变化最显著，在采用枪位350mm，顶吹流量140m^3/h，底吹流量1．68m^3/h，底枪布置方式为8孔对称布置在0．66直径的圆上时，传输物质的容量传质系数最大。     

底吹氩VD钢包炉流场优化的数值模拟研究

以某钢厂150 t VD钢包炉为研究对象,采用商业软件Ansys-Fluent,建立钢包底吹氩气模型,结合正交设计方法,模拟了不同钢液量,两个吹氩口不同吹氩量工艺条件下钢包内流场和流速变化,同时考虑了静置10 min后钢包炉内钢液流动情况。所有试验均监测钢包下部同一位置的速度大小,通过正交设计方法选择最优的生产方案。研究结果表明:钢包内钢液量和底吹氩气量在小范围内变动对钢包内钢液流场和流速影响不大,且钢液量和氩气口吹氩量对静置10 min后钢液内流场流速的影响可以忽略不计。吹氩量过大会导致渣眼开度较大引起卷渣和吸气现象,吹气量过小钢液流速较低则导致形成稳定循环流场所需时间较长。最终通过对比分析得出在钢液高度选用3 590 mm,1#和2#氩气口流量均采用0.9 m~3/h时钢包炉内综合流动效果较好,减少了钢水受污染程度,提高了生产效率。     

钢包底吹氩水模实验研究

采用水力学模型试验方法研究了不同底吹孔位置、不同底吹气量、不同顶渣厚度和粘度时对钢液混匀时间的影响.结果表明:结合此实验条件,钢包的单点偏心喷吹位置距钢包底约1/3半径处为宜;随着底吹气量的增大,均混时间明显缩短;渣层越厚,均混时间越长,渣层粘度对均混时间的影响不是很明显,但总的来说,渣层粘度越大,均混时间越长.     

钢包底吹对钢液混匀时间和排渣面积的影响

通过实验室水力模型实验,研究了钢包底吹方式、气体流量对钢液混匀时间、液面排渣面积的影响。实验结果表明,采用双孔底吹方式可使钢液混匀时间缩短,液面排渣面积减少,为在生产中使用合理的钢包底吹方式以及控制气体流量,有效促进夹杂物去除及减少卷渣提供依据。