转炉炼钢氧气射流技术

为了研究转炉炼钢氧气射流的应用情况,利用FLUENT软件模拟研究了集束氧气射流,并对比了集束射流和超音速射流的射流特性.在某厂35t转炉进行了集束射流的初步工业试验.试验结果表明:使用集束氧枪后的转炉炼钢脱磷效率提高,钢铁料消耗及氧气消耗均有所下降.     

南钢150t转炉供氧优化研究

利用CFD软件对南京钢铁股份有限公司150t转炉进行了三维超音速射流数值模拟。模拟结果表明:由于新氧枪产生氧气射流的高速射流段,射流半径和射流交汇情况比原氧枪有所改善;新氧枪的搅拌能力好,可以促进钢液中的传质、传热,加快冶炼节奏。     

电弧炉炼钢集束氧枪射流冲击深度特征规律研究

电弧炉炼钢广泛采用集束射流供氧技术以强化熔池搅拌、加速冶金反应和提升产品质量.本文利用数学分析方法推导出射流冲击深度理论计算模型并进行了修正, 利用数值模拟和水模型实验方法验证所推导计算模型的可靠性.实验结果表明:集束射流与普通超音速射流的冲击深度规律相似.同射流条件下, 随着氧枪枪位的提升, 冲击深度逐渐减小;同枪位条件下, 集束射流冲击深度大于普通超音速射流冲击深度;集束射流的k值和射流轴线密度大于普通超音速射流, 这表现为相同氧枪枪位条件下, 集束射流的冲击深度更深.     

炼钢氧枪的集束射流数值模拟研究

利用Fluent软件对炼钢氧枪射流流场的速度进行了模拟,发现集束氧枪较超音速氧枪气流沿中心轴线的速度衰减显著下降。对集束氧枪流场的温度和密度进行模拟,采用燃气燃烧产生的高温的、低密度保护区域是集束氧枪核心段延长的主要原因;而采用纯氧作为保护气不能增加主射流核心段长度,因此纯氧方案作为保护气是不可行的。研究为炼钢用氧的集束射流设计提供了理论依据。     

聚合射流氧枪射流特性的数值模拟及应用

利用Fluent软件对电炉炼钢中两种常用氧枪,聚合射流氧枪和普通超音速氧枪进行了射流特性的数值模拟,分析了保护气位置、射流角度及压强对聚合射流氧枪射流特性的影响,并在天津钢铁集团公司110t电炉进行了生产实践。结果表明,使用聚合射流氧枪后电炉冶炼效果改善,平均冶炼周期缩短10～15min,各项消耗指标改善。     

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。     

转炉氧枪超音速射流特性的数值模拟

用Fluent软件对炼钢转炉氧枪在不同工况条件和环境温度下的射流行为进行数值模拟研究。结果表明:出口马赫数、环境温度和出口压力对氧气射流影响显著;氧枪射流超音速核心长度与出口马赫数和环境温度呈正相关,与环境气体压力呈负相关;在设计工况下,回归得到无因次超音速核心长度与出口马赫数的关系方程;非设计工况下,随着出口压力的变化,超音速核心长度与出口压力比(Pe/Pa)呈线性关系。此外,进一步研究了转炉内环境温度变化对超音速射流核心长度的影响,通过引入"引射率"分析了射流在传输过程中对周围气体的引射特性,并得到轴向引射率随出口马赫数和环境温度的变化关系。     

70 t 电弧炉炼钢集束射流氧枪流场的数值模拟及应用

用CFX5.7.1 软件对电弧炉炼钢用集束射流氧枪和普通氧枪的射流特征进行了数值模拟和冷态试验。结果表明,集束射流氧枪比普通超音速氧枪射流长,射流集中、衰减慢。在鄂钢70 t Consteel电弧炉 上应用表明,使用集束氧枪后平均电耗由338 kWh/t降低到219 kWh/t,电极消耗未变,为1.86 kg/t,氧耗由 51.6 m³/t提高到60.3 m³/t。     

集束氧枪环流布置模式对射流流场影响规律研究

为进一步提高集束氧枪对熔池的冲击搅拌效果, 重点分析了在两种环境下, 不同环流布置模式对超音速氧气射流流场与冲击能力的作用效果.通过对比在高温喷射试验与数值模拟研究结果, 分析射流轴向速度与射流总温流动状态, 研究不同环流布置模式下集束射流冲击特性.通过分析不同数量网格的可靠性, 选取合适的数值模拟模型, 并采用涡耗散概念模型和多步燃烧反应机理计算超音速状态下氧气与甲烷的混合与燃烧过程.研究结果表明数值模拟结果与高温喷射试验数据吻合程度较好.环流布置对拉瓦尔管出口流速无明显影响, 主氧射流核心段随环流孔径与主氧射流间距的增大, 有先提高后下降的趋势, 且不同环流布置模式对主氧核心段均有延长效果.     

转炉顶吹气体射流的冲击特性

 利用Fluent软件研究了转炉炼钢不同枪位条件下的顶吹气体射流特性,并与理论计算结果对比分析。发现单孔氧枪数值模拟的冲击深度小于理论计算值、冲击面积大于理论计算值,且随着枪位的提高,冲击深度差值变小,冲击面积差值变大。在此基础上,研究了100 t转炉采用4孔超音速氧枪的射流冲击特性,发现当枪位为1.0 m时,冲击深度为0.21 m,冲击面积仅为1.328 m2,与计算值相差较大;当枪位提高至1.5 m时,冲击深度模拟结果为0.12 m,计算值为0.83 m,冲击面积模拟结果和计算值相差增大。     

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。     

氧枪喷头使用的若干问题

氧气炼钢的优点是冶炼速度快、质量好、产量高、能耗少。氧枪是氧气炼钢时供应氧气射流的主要部件。而氧枪喷头又直接控制着氧气射流的气动力学特性,直接影响着炼钢生产。现今钢水二次精炼技术被广泛应用,但炼钢炉仍是提供纯净钢水的重要前工序,所以研究氧枪喷头还不失其重要意义。氧枪喷头的良好性能不仅取决于设计和制造质量,也取决于     

转炉氧枪枪位对炼钢熔池流速的影响

转炉炼钢利用供氧枪位的改变实现前期化渣、中期脱碳升温以及后期强化搅拌的目的.本文基于100t炼钢转炉,研究了四孔超音速氧枪喷吹时枪位变化对熔池流动状况的影响.研究发现：低枪位有利于增加射流冲击深度,加速熔池表层钢液;高枪位有利于增大射流冲击面积,促进钢液速度在径向方向上均匀分布,增加熔池底部钢液速度.随着枪位从1.2m提高至1.8m,冲开渣层的直径从2.119m增加为2.645m,射流的冲击深度显著降低.     

260 t转炉用五孔旋流氧枪的数值模拟

为克服传统氧枪在转炉炼钢工艺技术中的局限性,利用数值模拟对不同结构的五孔旋流氧枪进行模拟研究,分析了旋流氧枪的倾斜角(13°～15°)、旋流角(0～15°)对射流的衰减、聚并形态和冲击面积的影响。结果表明:与普通氧枪相比,旋流氧枪的射流速度较低,但因存在切向力,对熔池的搅拌能力更强;倾斜角增大会导致射流径向的速度分量增大;旋流氧枪由于旋流角的作用,发生射流聚并的可能性降低;倾斜角对射流的聚并有重要影响,倾斜角减小,射流聚并更加严重并且射流冲击面积会减小;当倾斜角15°并且旋流角为10°时冲击面积最大。     

激波在转炉炼钢中的应用

激波是超音速气流中液体属性的不连续面,气流通过激波时速度下降,温度和压强升高。氧气转炉炼钢的氧气是通过拉瓦尔管以超音速射流状态吹入转炉。在氧枪喷头设计和制定供氧制度时要减小激波损失。在转炉的某些特殊吹炼工艺中要把激波控制在适当范围内,以取得良好的冶金效果。     

传统与聚合射流氧枪冲击炼钢熔池效果的数值模拟

通过90 t转炉的传统氧枪喷孔周围增加环氧孔,通人辅助氧气保护主氧射流形成聚合状态,建立二维两相数值模型,分析传统氧枪和聚合射流氧枪射流轴线上氧气射流速度分布及不同枪位下熔池中钢液的流动特性和冲击深度。结果表明,与传统氧枪相比,枪位相同时,聚合射流氧枪射流衰减慢,冲击力大,冲击凹坑深度深;在30De(De-氧枪出口直径)枪位下的最大冲击深度与20De枪位下的传统氧枪相同,当聚合射流氧枪在40De枪位下喷吹得平均冲击深度与传统氧枪20De枪位喷吹时相当。     

高马赫数氧枪枪位对100 t转炉自动炼钢熔池流速的影响

通过采用数值模拟与冷态水模拟相互印证的手段,以北方某钢厂100 t炼钢转炉为原型,建立了四孔拉瓦尔氧枪喷头与转炉炉体的三维模型,模拟研究了高马赫数氧枪枪位变化对熔池内钢液流速的变化状况以及射流的冲击效果的影响。结果表明:随着氧枪枪位从1.7 m提高到2.5 m,对熔池钢液的冲击能力不断减弱,导致冲击深度不断减小。但是,随着枪位的提高,氧气射流对钢液的作用面积却不断增大。高马赫数氧枪位在1.6～2.2 m冲击深度适中,熔池混匀效果最好,此时钢液流速在熔池径向方向上的分布更加均匀,且高速区域占比更大,混匀时间较短,对熔池底部钢液的搅拌效果最好。     

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%。     

氧气炼钢过程中射流对熔池的作用

本文总结了用模型实验研究顶吹氧气转炉炼钢过程中超音速氧气射流的特性及其对熔池作用的某些问题。应用相似原理进行实验室研究,得出超音速氧气射流轴线上速度衰减,断面速度分布,以及射流对液体熔池的穿透深度和冲击面积等一些规律性的结果。根据这些结果建立了数学模型,并结合首钢试验厂5吨转炉熔炼时间的研究,相对地放大到实际生产炉上去,进行了381炉热模拟试验。结果证明,在不影响冶炼效果的条件下,平均每炉吹氧时间由14分钟缩短到12分钟是可行的。     

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。