铁浴反应器多段侧吹混合特性数值模拟

在厚渣层铁浴熔融还原反应器水模实验的基础上,通过数值模拟的方法研究了双层侧枪在不同喷吹角度(40°, 45°, 50°)和不同水平插入深度(60, 120, 180 mm)条件下对熔池的搅拌情况的影响,通过水模型实验验证了数值模拟的准确性。通过观察气液两相流中熔池的流场以及示踪剂在熔池中的流动扩散情况,分析弱流区和死区的占比以及不同侧吹条件下的混匀时间,结果表明,侧枪水平插入角度对熔池搅拌的影响较水平插入深度更显著,侧枪的水平插入角度和深度影响熔池中产生的回旋流区域和回旋流个数,当侧枪水平插入角度越大,水平插入深度越深时,熔池中弱流区或死区的体积占比越小,越有利于熔池搅拌混匀。最佳的喷吹条件为上层喷吹角度50°及插入深度60 mm、下层喷吹角度50°及插入深度120 mm。研究了不同气流量对熔池混匀情况的影响,得出上下枪单支气流量分别为8.58和10.43 Nm3/h时,熔池的混匀时间最短。     

熔融还原炉流体流动特性的物理模拟研究

通过铁浴式熔融还原炉的水力学模型,实验研究了底吹流量、顶枪流量和顶枪枪位对熔融还原炉内混匀时间的影响.单底吹实验结果表明,熔池内的混匀时间随着底吹流量的增大和油层厚度的增大都呈现减小趋势.单顶吹实验结果表明,顶枪流量的增大,熔池内的混匀时间大体有减小的趋势,不同的顶枪枪位对熔池的混匀时间有不同的影响.通过比较混匀时间和喷溅量的大小,顶底复吹正交实验得到本实验条件下最佳组合:底吹流量为9 L/min、顶枪流晕为15 m3/h和项枪枪位为350 mm.     

铁浴式熔融还原炉侧吹的数学模拟研究

HIsmelt工艺的侧吹喷枪技术给铁浴式熔融还原工艺带来了新的发展,侧吹喷枪对铁浴具有良好的搅拌作用.本工作对侧吹喷枪不同的侧吹角度和枪位下熔融还原炉内流体的流动进行了数值模拟.当喷吹角度为50°时,炉内和炉壁处的喷溅最剧烈,易侵蚀炉衬.枪位越低,炉内的喷溅越剧烈.计算了顶底侧复吹时的流体流动情况,侧吹喷枪对铁浴喷溅影响较大,底吹喷枪对铁浴的搅拌影响较大.     

浸入式侧吹对铁浴式熔融还原炉流动影响的数值分析

针对铁浴式熔融还原的浸入式侧吹技术,运用CFD软件Fluent6.3对熔融还原终还原炉内的流体流动进行了数值模拟计算,分析了不同侧枪枪位以及不同喷吹流量对熔融还原炉内流动状态以及喷溅的影响.计算结果表明,低枪位侧吹(284mm)油相中含气量大,搅拌范围大,气油界面和水油界面的波动剧烈.在相同的侧枪枪位下(284mm),随着流速增大,油层扰动变大,加速水油的混合,加剧了自由表面的喷溅.侵入式侧吹会引起熔池中流体的环流,这会引起炉墙的侵蚀.     

铁浴反应器流场及温度场的数值模拟

以铁浴熔融还原工艺的铁浴反应器为研究对象,基于FLUENT软件,对反应器内流场及温度场进行了数值模拟,考察了侧吹和顶吹操作条件对铁浴熔池均混时间、铁浴上部空间气相组成及温度分布以及煤气二次燃烧率的影响.计算结果表明,铁浴熔池均混时间随侧吹喷枪倾角及插入熔池深度的增加均呈现先减小后增大的趋势.在本计算条件下,当侧吹倾角为50°,侧吹喷枪插入深度为0.3 m时,可获得最短的熔池均混时间.铁浴反应器上部空间煤气二次燃烧率随顶部热风喷枪的升高而增大,项枪距熔池液面距离每增加0.2 m,上部空间煤气二次燃烧率可提高约1.1%;随顶枪位置上移,氧气分布范围扩大,气体环流区也随之上移.     

210 t顶底复吹转炉水模型实验研究

通过水模实验研究了210 t顶底复吹转炉底部供气元件的布置方式、顶吹气体流量和顶枪枪位等对熔池混匀时间、冲击深度和冲击直径的影响.结果表明,各因素对混匀时间、冲击深度和冲击直径的影响不同.最短混匀时间的操作参数为:底部布置方式A3,顶吹流量50000Nm3/h,底吹流量1000Nm3/h,枪位1 700mm,喷孔倾角1...     

低流量顶吹对复吹转炉熔池搅拌的影响

在1:6物理模型上,通过水模实验对复吹转炉低流量喷吹条件下的熔池搅拌情况进行了研究.结果表明,预备实验中,工况条件下均混时间为67.8,51.5和43.9 s;低流量喷吹条件下均混时间为190,158和140.5 s.可见低流量喷吹条件下的熔池均混时间明显长于工况条件.在低流量喷吹条件下,降低枪位、增加顶吹气体流量、增加底吹气体流量可以降低均混时间.实验范围内枪位、顶吹气体流量和底吹气体流量的最佳值分别为233 mm,46.8 m3/h和1.06m3/h; A2底吹布置方式出现最短均混时间42.5 s,为本实验最佳布置方式,A6为适合预直炼的布置方式.     

侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体的混合特性

基于气体搅拌和流体流动的水模拟,在120 t AOD炉的水模型装置上研究了侧项复吹AOD过程中熔池内的混合.结果表明,侧顶复吹AOD过程具有良好的混合效果.侧吹主枪气量对熔池内的混合有决定性作用,适当增大副枪气量可使混合效率提高,顶枪气流使混合时间延长.给定的侧枪数和吹气量下,增大枪间夹角使混合时间缩短;给定的枪间夹角和吹气量下,增加侧枪数未必有类似效果,且会使单枪气量减小,使侧吹气流水平穿透距离变短.对应于6600 m3/h的实际项吹氧量,5枪、22.5°或6枪、27°能提供大体相当的良好混合效果.对120 t AOD炉,在实际精炼条件下,7枪、18°并非合宜的侧枪配置,6枪、27°可在各精炼期提供良好的熔池混合.确定了混合时间与有关参数的关系.     

铁浴式熔融还原炉浸入式侧吹对熔池内流动影响的数值分析

运用CFD软件Fluent 6.3对熔融还原终还原炉内的流动状态进行了三维数值模拟. 采用VOF多相流模型以及标准k-ε湍流模型模拟炉内气、渣、铁水三相流的流动,研究了不同侧枪枪位、插入深度和角度对于炉内流动的影响. 计算结果表明,侧枪枪位较低时,渣液和铁液的含气量较高,对熔池的搅拌越剧烈;侧枪插入深度较深时,对熔池的搅拌更强烈,顶部喷溅更加剧烈,当侧枪插入深度较浅时,壁面所受应力增大,对壁面侵蚀加剧;侧枪角度为30o和50o时,顶部空间的溅渣量增多,渣层的搅拌比较剧烈,侧枪角度为30o时,气体和渣液对炉衬的侵蚀相对较小.     

250吨转炉底吹对熔池搅拌的影响研究

采用物理模拟和数值模拟,研究了某钢厂250 t转炉底吹对熔池混匀时间、气液两相区速度、熔池低速区体积、炉底剪切力和气体能量利用率的影响。结果表明,熔池混匀时间随底吹气量增大而减少,随底吹孔数增加而减少。底吹孔数为12个时,底吹气量由15 L/min增至50 L/min,熔池混匀时间降低54.8%。底吹气量不变(50 L/min),底吹孔数由12个减至3个时,混匀时间增加52.9%。底吹枪数量减少,搅拌区域减小,熔池中“死区”和“低速区”体积比分别增加4.89%和28.9%。底吹枪减至3个时,单个底枪气量增大,气液两相区最大速度由0.34 m/s增至0.64 m/s,底吹孔处炉底所受剪切力增大52%,对炉底耐材寿命不利。从数值模拟结果也可发现,底吹工况的变化影响气体在熔池中的利用效率。底吹总气量增大时,熔池动能增加,但气体能量利用率降低。底吹气量较小时,底吹孔数的变化对气体能量利用率影响较小。底吹气量较大(50 L/min)时,相比于12个底吹孔,6个和3个底吹孔的气体能量利用率分别下降18.4%和23.3%。