中间包结构优化的水模型正交试验

通过1:3水力学模型,按L16(4~5)正交表进行正交试验,研究和优化34 t中间包的结构。结果表明,中间包结构主要主次关系为坝高、堰与长水口间距、坝堰间距,堰深;最佳结构组合为坝高135mm,堰深90mm、坝堰间距155mm,堰与长水口间距为195mm。与原工况比较,优化方案的综合评分值从74.32提高到91.01。     

连铸结晶器物理模拟中吹气量的相似转换

依据相似原理,考虑了气液流动之间的相互影响和实际吹氩时的高温膨胀,采用修正弗劳德准数对现场吹氩量和实验吹气量之间进行相似转换,并推导出四种常用的模拟气体与现场吹氩量之间的换算关系.以断面为210mm×900mm的结晶器为原型,采用0.6∶1的缩小水模型对现场实际工况条件进行模拟.结果表明,模拟与现场情况能够较好的吻合.当模型水流量为3.80m³·h^-1、吹气量为0.93L·min^-1时,气泡在结晶器内分散均匀,气泡逸出不会造成过大液面波动;当水流不变、吹气量增加到2.79L·min^-1时,气泡聚集在水口周围上浮,水口周围波动剧烈,渣层出现裸露.模拟现象与现场浇注现象的相似性验证了吹气量相似转换的正确性.     

水口吹氩工艺板坯结晶器内气泡运动行为的物理模拟

以1300 mm × 230 mm板坯连铸结晶器的相似比0.4的物理模型,研究了拉速1.1 m/min、水口插入深度160 mm、水口吹气量0～15 L/min时连铸结晶器内气泡的运动行为,及其对钢液流股冲击深度、液面波动和液面裸露的影响。实验结果表明,随水口吹气量增加,结晶器内气泡的数量和尺寸都有所增加,气泡在钢液内水平方向扩散范围增大,且气泡最大穿透深度亦增加;当水口吹气量增大到5 L/min时,气泡逸出后在液面由全部向水口方向运动变为以集中逸出位置为中心的四散运动。     

连铸长水口吹氩气泡行为的试验研究

通过连铸长水口吹氩冷态试验,研究了不同吹氩条件下获得的小气泡的尺寸、分布以及气泡在中间包的流动行为。试验结果表明,低水流量(≤2.4m~3/h)时,孔径0.11mm气嘴产生微小气泡(0.1~0.5mm)比例最大达到60%以上,孔径0.25 mm气嘴微小气泡比例达到45%,孔径0.58 mm气嘴在35%左右。孔径0.11mm气嘴气泡直径主要在0.1~1.0mm,孔径0.25mm和孔径0.58mm气嘴的气泡直径主要在0.1~1.5mm,而0.58mm气嘴产生较大气泡(1.0mm)比例较多。直径0.25mm单孔气嘴和双孔气嘴在水量为3.0m~3/h时,形成的微小气泡(0.1~0.5mm)比例均达到80%以上。在较低水量(≤2.4m~3/h)下,这两种气嘴形成的微小气泡比例相近,但直径0.25mm双孔气嘴比直径0.25mm单孔气嘴产生的较大气泡(1.0mm)比例要小且气泡数量多。在无湍控器的中间包中气泡的作用区域比有湍控器的大。     

单流中间包结构优化及夹杂物去除数值模拟研究

针对单流中间包连铸过程中流动状态不佳、钢液夹杂物含量较高等问题,提出了中间包控流装置的优化方案,采用数值模拟和水模试验研究了不同控流装置情况下中间包钢液流动行为及平均停留时间分布等特征。结果表明,最佳控流装置参数：堰距长水口距离1 090 mm,堰高度180 mm,坝堰间距260 mm,高坝高度340 mm时中间包钢液流场优化及夹杂物去除效果最佳。对比原方案中间包,优化后中间包钢液平均停留时间和活塞区均有所增加,死区降低7.14%;夹杂物平均去除率达到68.7%,较原方案平均去除率提高6.6%。     

四流中间包气幕挡墙水模拟研究

采用不同参数的多孔透气砖进行了25 t四流中间包的底部吹气水模拟实验,结合RTD曲线和标准差分析,研究透气砖面积(210～105 mm×56～28 mm) 、4种吹气位置和吹气量(60～120 L/h)对中间包液体流动特性的影响,并与不吹气的情况进行了对比。结果表明,中间包吹气能改善液体的流动特性,均衡其在不同水口间的停留时间,并能延长峰值时间和降低死区体积。透气砖靠近挡墙,采用小气量和小面积更有利于改善现有中间包流场。     

板坯连铸结晶器内氩气泡行为的模拟研究

针对氩气泡在板坯连铸结晶器中的运动行为,以190 mm×1 900 mm板坯连铸结晶器原型为研究对象,采用水力学模型及数值模拟的方法,重点研究了拉速为1.7 m/min时不同水口吹气量对结晶器内气泡大小、气泡分布、液面波动、渣-金行为等的影响。研究结果表明:随着水口吹气量增加,气泡尺寸逐渐增加,结晶器窄边气泡数量不断减少,气泡大都聚集在水口附近上浮,水口吹气量是引起乳化卷渣、水口附近液面裸露及卷渣等的主要因素。     

连铸结晶器气泡粒径影响因素的水模型实验研究

为了研究连铸结晶器内气泡的分布规律及影响因素,利用水模型实验研究了板坯连铸结晶器内的气液两相流动,并采用图像分析软件分析了不同吹气口、水流量、吹气量、插入深度和水口倾角对结晶器内气泡粒径的概率分布和平均粒径的影响.结果表明:气泡的平均粒径随吹气口孔径、吹气量和水口倾角的增大而增大,随着水流量的增大而减小.发现不同吹气口、水流量和吹气量对气泡粒径的概率分布及平均粒径的影响较大,插入深度和水口倾角的影响较小.     

宽板坯连铸结晶器内氩气分布的水模型

 针对塞棒、上水口吹氩时,吹入的氩气有多少进入到结晶器钢水内和氩气在结晶器断面上如何分布的问题,采用1：1水模型,重点研究了吹气量、吹气方式、拉速、浸入式水口倾角等工艺参数对不同宽度结晶器内气体分布状况的影响。结果表明,吹气量和吹气方式对结晶器内气体分布几乎没有影响,而拉速和水口倾角基本上就决定了宽度方向上的气体分布状况。小的结晶器断面宽度、小的水口倾角、高拉速时窄面附近含气比例更高,氩气泡更易被凝固坯壳所捕捉而使铸坯产生气泡缺陷。     

板坯连铸中间包吹氩冶金新技术开发与应用

开发了一种新型的具有吹氩功能的中间包透气水口座砖,介绍了透气水口座砖的结构及工作原理,采用水模实验研究了透气水口座砖吹气量大小对中间包及结晶器内氩气量的分布及气泡大小的影响。实验结果表明,随着透气水口座砖吹气量的逐渐增大,结晶器内气泡的数量和直径都逐渐增大,合适的模拟吹气量为2～3 L/min。透气水口座砖用于板坯连铸机浇注生产超低碳铝镇静钢DC04的结果表明,该产品具有显著地去除钢水中非金属夹杂物及防止上水口和浸入水口结瘤的冶金效果,浸入式水口寿命由2～3炉提高到5～7炉。     

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。     

插入浸渍圆筒底吹氩钢包内钢液搅拌行为的水模型研究

以150 t钢包为原型,采用几何相似比1:7的水模型,研究插入钢包的浸渍圆筒直径(50~130 mm) , 插入深度(30~150 mm)和底吹气体流量(0.03~0.48 m³/h)对钢液混匀时间和液面振幅的影响。结果表明,随浸渍圆筒直径和插入深度的增加,液面振幅减小;随底吹气量增加,液面振幅增大;不插入浸渍圆筒时不发生卷渣的临界底吹气量为0.09 m~³/h,混匀时间为10 s;插入直径130 mm、深度90 mm的浸渍圆筒时,不发生卷渣的临界底吹气量为0.30 m³/h,最短混匀时间为4 s。实验数据回归分析得出150 t钢包内钢液均混时间-t’与底吹气量-Q’、浸渍圆筒直径-d’和插入深度h’的关系为t’=2.69+0.017 9 d’+0.011 2h’-0.425 Q’。     

LF精炼过程100 t钢包底吹氩卷渣水模拟研究

以钢厂100 t钢包为原型,根据相似原理模型与原型1:3.5的比例建立水模型。试验了对应实际吹气量31~237 L/min不同位置单喷嘴和双喷嘴吹气对卷渣情况的影响,发现原吹气孔位置(距钢包中心约0.45R)单喷嘴、距钢包中心0.6R位置单喷嘴、原吹气孔位置(约0.45R)双喷嘴和距中心0.6R位置双喷嘴吹气临界卷渣气量分别为113、93、31、82 L/min,因此实际精炼时软吹采用单喷嘴吹气,合金化阶段用双喷嘴吹气为宜。回归分析得出,单喷嘴吹气时裸露区直径D(/mm)与底吹气量Q/(L·min^-1)的关系式D=43.333Q+47.5(0.6相似文献   

150 t钢包底吹氩卷渣行为的物理模拟

针对钢厂150 t双孔底吹氩钢包,根据相似原理建立几何比例为1:5的水力学模型,得出对应实际氩流量260~600 L/min时原型钢包及优化后钢包的液面裸露面积及渣钢卷混情况的变化规律和临界卷渣气量。研究结果表明,原型方案下两透气砖分别位于距钢包中心0.64 R和0.76 R处,两孔成90°(0.64 R+0.76 R,90°),临界卷渣气量为550 L/min;对于两个优化方案,双孔分别位于1/3 R和0.64 R,两孔成180°(1/3 R+0.64 R,180°)以及双孔位于0.5 R圆周上,两孔成135°(0.5 R+0.5 R,135°),临界卷渣气量分别为550 L/min与600 L/min。     

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。     

单嘴精炼炉合金料加入方式及混匀特性水模型研究

根据相似理论,以80 t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟,研究了单嘴精炼炉加合金料位置、吹气流量(2～10 L/min)、单嘴内液面高度(18.5～67.0 cm)、浸入深度(75～150 mm)、吹气位置等对混匀时间的影响。结果表明,在单嘴气体上升区对面加料混匀时间较短;吹气流量为6 L/min、浸入深度100～125 mm、单嘴内液面高度≥52 cm、在钢包底r/R=0.5位置吹气有利于混匀时间的缩短。     

Experimental studies on the bath oscillation during gas blowing into liquids,part 1: measurements using a single nozzle

Experimental studies on the wave motion during gas blowing into a liquid were carried out on the systems water/air and Wood's metal/nitrogen under various blowing conditions. Variables of the measurement were the gas flow rate, the bath depth, the vessel diameter and the nozzle diameter. The measured results showed that a wave motion appears only if the gas flow rate exceeds a critical value which depends on the bath depth. The blowing conditions for wave formation can be characterized by the relation of the bath depth to the vessel diameter and by the specific gas flow rate per unit of volume of liquid. The frequency or the oscillation period of the wave mainly depends on the vessel diameter. The amplitude of the wave follows a logarithmic function of gas flow rate. The density of liquid and the nozzle diameter have hardly any influence on the wave formation and the wave motion.     

钢包底吹氩卷渣临界条件的水模型研究

以钢厂70t钢包为原型,建立模型与原型尺寸比为1:2.75的水模型。通过水模型实验对钢包临界卷渣吹氩量进行测量,得到临界卷渣气量是450 L/min。实验测量不同吹气量下钢包液面水平流速,分析水平流速与钢包卷渣的关系,得到钢包临界卷渣的液面流速为0.652m/s、韦伯准数为6.967。讨论了采用临界卷渣韦伯准数计算临界卷渣液面流速,通过测量达到临界卷渣液面流速时的吹氩量,来确定临界卷渣吹氩量的方法。     

CAS喷粉精炼熔池混合行为的水模型试验

通过1:4水模型装置模拟150 t CAS钢包精炼过程熔池内流场特征和渣面裸露情况,以确定最佳的喷吹位置和研究喷吹参数对熔池均混时间的影响。结果表明,喷吹气量和底吹流量越大,喷枪插入越深,浸渍罩插入越浅,则均混时间越短;底吹位置离钢包中心越近,均混效果越差。分析得出,150 t CAS钢包增加喷粉后,最佳底吹位置为离钢包中心0.35R(R为钢包下口半径)处。