基于环境温度的转炉旋流氧枪射流分析

为探究旋流氧枪自由射流特性,建立了0°、6°、12°和18°旋流氧枪自由射流几何模型,分析了不同旋流氧枪炼钢温度下的旋流特性、射流速度和动压分布。发现与0°旋流氧枪相比,6°、12°和18°旋流氧枪射流速度和动压衰减较快,且旋流角越大,射流衰减越快。而6°旋流氧枪与12°和18°旋流氧枪相比,射流速度和动压衰减较慢,在保证合适冲击深度和冲击面积的同时,使熔池产生一定的旋转运动。基于此,建立了6°旋流氧枪和转炉气-渣-金多相流几何模型,分析了环境温度变化对6°旋流氧枪冲击特性和熔池速度分布的影响,发现环境温度从300 K升高到1 873 K,冲击半径从1.25 m增至1.78 m,而冲击深度仅从0.119 m增至0.132 m。环境温度升高,钢液面处高速区面积增大,死区和低速区面积减小;在熔池较浅处,环境温度升高,熔池死区面积减小,高速区面积增大,以熔池深度0.3 m为例,环境温度从300 K升高到1 873 K,死区面积由0.41 m²减小至0.17 m²,高速区面积由9.35 m²增至9.76 m²     

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。     

转炉超音速氧枪喷头磨损后的吹炼特性变化

 转炉氧枪喷头会随枪龄的增加发生不同程度的侵蚀,为了探究氧枪喷头侵蚀程度对超音速气体射流吹炼特性的影响,建立了120 t转炉及超音速氧枪的三维全尺寸几何模型,研究了氧枪喷头不同磨损角度对气体射流特性、熔池速度及壁面侵蚀的影响。发现随着磨损角度增加,射流速度衰减加快,射流核心区长度缩短,同一等速线长度缩短,射流中心最大速度和最大速度点距中心距离增大。射流动压衰减速度随磨损角度增加而加快,磨损角度由0增至20°,距喷头端面1.5 m处最大动压减小了14.84%,14 000 Pa等压线包围面积由0.038 m2减小至0.002 m2。钢液面处高速区面积随着磨损角度增加而减小,死区面积随着磨损角度增加而增大。熔池纵截面高速区域主要分布在冲击凹坑和底吹元件附近,低速区域主要分布在熔池底部,死区主要分布在熔池底部中心和炉壁下部区域。当熔池深度小于0.6 m时,顶吹气流对熔池的搅拌起主要作用,磨损角度增加,熔池搅拌能力变弱,熔池横截面高速区面积减小,低速区和死区面积增大;当熔池深度大于0.6 m时,底吹气流对熔池搅拌起主要作用,高速区面积基本不变。渣-金作用区域和底吹流股附近流体湍动能较大、壁面剪切应力较为集中,该部位耐火材料侵蚀严重。熔池壁面附近流体湍动能和壁面剪切力随磨损角度增加而降低,转炉炉衬侵蚀速度减小。     

提钒用旋流氧枪喷头的数值模拟

利用Fluent软件模拟旋流氧枪的气体射流和提钒转炉内部的钢液流速,研究常规氧枪以及旋流角分别为5°、8°、10°和13°的旋流氧枪对熔池的搅拌效果和冲击特性.研究发现旋流氧枪射流分布相对分散,流股之间干扰少.增加熔池冲击面积,熔池内部等速线所包围的面积变大.10°旋流氧枪喷头喷吹时,等速线所包围面积最大,其面积约为熔池纵切面面积的75%,钢液的流动速度最大,有利于促进转炉提钒过程钒元素的扩散,从而提高提钒效率.     

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。     

出口间距对氧枪作用下熔池冲击面积的影响

以某厂50 t转炉及其四孔氧枪的结构和工艺参数为基础,采用fluent数值模拟方法,重点研究喷孔间距、枪位以及流股融合距离对变角和非变角氧枪射流作用下熔池有效冲击面积的影响规律。研究结果表明:随着枪位的提升,射流对熔池的有效冲击面积将呈现先增加后降低的趋势,从有效冲击面积的角度考虑,应将枪位控制在最大有效冲击面积对应的枪位以内;流股融合距离对于熔池的冲击面积影响显著,融合距离越长,流股中心线与氧枪轴线的偏移越大,射流对熔池冲击形成的凹坑面积越大;随着喷孔间距的减小,射流对熔池的有效冲击面积逐渐减小;喷孔间距越大,射流速度的波动性越大,减小喷头的喷孔间距可以使速度更快趋于稳定;变角氧枪的有效冲击面积值明显大于非变角氧枪。     

四孔氧枪顶吹转炉的三相流流场数值模拟

采用数值模拟软件Fluent建立了一个瞬态的三维数学模型,对100 t氧气顶吹转炉流场进行数值模拟。通过改变氧枪枪位和氧枪喷孔夹角,得出相应的冲击深度和冲击面积以及熔池内部速度分布。结果表明,在相同的条件下,随喷吹枪位的升高,射流形成的钢液凹坑直径变大,而冲击深度变小;随喷孔夹角的增大,射流冲击直径变大,而冲击深度减小。低枪位有利于增大熔池上层钢液流速,高枪位利于促进熔池下部钢液流动;喷孔夹角增大利于增大熔池表层高速区面积,但熔池中心底部低速区面积也随之增大。     

基于氧枪喷头磨损的熔池搅拌特性

研究氧枪喷孔出口磨损程度对射流动力学参数及熔池搅拌效果的影响可以为氧枪喷头设计和冶炼工艺优化提供理论支持。建立了0°、10°和20°磨损角度氧枪自由射流几何模型,分析了喷孔出口磨损程度对射流轴向和径向动力学参数分布的影响,发现入口压力相同时,喷孔出口磨损程度增大,射流速度、动压和马赫数衰减加快,射流聚合程度增强。在喷孔出口0.18 m范围内,磨损后氧枪的湍动能大于未磨损氧枪,且磨损程度越大,射流湍动能越大。超过此范围后,未磨损氧枪湍动能大于磨损后氧枪。在喷孔出口1 000 mm处,射流径向最大速度、动压、马赫数和湍动能均随着喷孔出口磨损程度的增大而减小。建立了120 t转炉和5孔氧枪1∶4水力学试验模型,研究了枪位和气体流量变化对不同磨损程度氧枪冲击效果和混匀时间的影响,分析了枪位和气体流量相同时氧枪喷孔出口磨损对熔池流场的影响。发现气体流量相同时,随着枪位升高,熔池冲击深度减小,冲击直径增大,混匀时间增大。枪位相同时,随着气体流量增大,熔池冲击深度和冲击直径增大,混匀时间减少。枪位和气体流量相同时,喷孔出口磨损程度增大,冲击深度和冲击直径减小,混匀时间增大,高锰酸钾溶液完全扩散时间增...     

漩流氧枪应用于转炉炼钢的水模试验研究

氧枪在转炉冶炼过程供氧、造渣、熔池搅拌等方面起着十分重要的作用,其性能对于转炉冶炼进程和钢水质量的控制有着决定性的影响。通过水模型试验,研究了漩流氧枪对转炉冶炼熔池特性的影响,主要考察了漩流氧枪喷孔扭转角设计及氧枪操作参数对熔池振荡特点、冲击坑尺寸、熔池搅拌的影响规律。结果表明,相比于传统氧枪,漩流氧枪具有喷溅少、化渣快、搅拌能力强的优势。当喷孔扭转角在0°～30°时,氧枪对熔池的搅拌在喷孔扭转角为20°时达到最佳状态,此时可获得熔池最短混匀时间为20.5 s。对于传统氧枪,熔池混匀时间与冲击坑深度总体上具有单调变化关系,即混匀时间随冲击坑深度的增大而缩短;但对于漩流氧枪,二者无明显依赖关系。     

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。     

Effect of nozzle twisted oxygen lance on flow field and dephosphorisation rate in converter steelmaking process

The stirring ability and flow field characteristic of conventional and nozzle twisted oxygen lance (Twisted angles are 4°, 8° and 12°, respectively) on the molten bath were analysed. The mixing time, impacting depth and impacting radius are measured. Flow field characteristics of multi-phase flow are calculated by numerical simulation. Compared with conventional oxygen lance at industrial application research, it shows that the 8° oxygen lance could stir molten better in steelmaking process for the 120t dephosphorisation converter. These findings agree well with the experimental results of the water experiments and the numerical simulations. Finally, an optimal twisted angle is determined.     

Simulation of Flow Fluid in the BOF Steelmaking Process

The basic oxygen furnace (BOF) smelting process consists of different chemical reactions among oxygen, slag, and molten steel, which engenders a vigorous stirring process to promote slagging, dephosphorization, decarbonization, heating of molten steel, and homogenization of steel composition and temperature. Therefore, the oxygen flow rate, lance height, and slag thickness vary during the smelting process. This simulation demonstrated a three-dimensional mathematical model for a 100 t converter applying four-hole supersonic oxygen lance and simulated the effect of oxygen flow rate, lance height, and slag thickness on the flow of molten bath. It is found that as the oxygen flow rate increases, the impact area and depth increases, which increases the flow speed in the molten bath and decreases the area of dead zone. Low oxygen lance height benefits the increase of impact depth and accelerates the flow speed of liquid steel on the surface of the bath, while high oxygen lance height benefits the increase of impact area, thereafter enhances the uniform distribution of radial velocity in the molten steel and increases the flow velocity of molten steel at the bottom of furnace hearth. As the slag thickness increases, the diameter of impinging cavity on the slag and steel surface decreases. The radial velocity of liquid steel in the molten bath is well distributed when the jet flow impact on the slag layer increases.     

260t转炉用新型双结构氧枪水模实验与工业应用

摘要：为克服传统氧枪在转炉炼钢工艺技术中的局限性,利用水模型实验对不同结构的新型双结构氧枪与转炉熔池的作用过程进行研究,分析了新枪的大小孔倾角、大小孔流量比对冲击坑形态以及熔池搅拌强度的影响。结果表明：双结构氧枪与熔池作用形成的冲击坑独立较好;对比其他变量,小喷孔倾角对冲击坑直径的影响更大,大喷孔流量比对冲击坑深度以及熔池搅拌强度的影响更大。将双结构氧枪应用于260t转炉并统计110炉吹炼效果发现,双结构氧枪的平均吹氧时间比目前的5孔氧枪缩短了45s,平均供氧强度提高了0.16m3/(t·min),平均钢铁料消耗降低了15kg/t,终渣成分和渣量与原5孔氧枪的差别不大。     

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.     

大型转炉高供氧强度吹炼的水模实验

为使大型转炉的生产率达到国际先进水平,在300~350t大型氧气转炉上实现4.0~5.0m3/(t·min)的高供氧强度吹炼,设计了新的大流量氧枪喷头,并在1∶10的有机玻璃模型上进行氧射流与熔池作用的水模实验。水模实验大流量氧枪喷头的主要参数为:喷头孔数6~8个,采用双角度交错布置,喷孔倾角10°~17°,喷孔出口马赫数2.0~2.2。同时测定了枪位高度为1.8~2.6m时的熔池喷溅率、混匀时间和穿透深度。研究结果表明,大流量新喷头的喷溅量和射流对熔池的穿透深度都在转炉正常吹炼范围内,熔池混匀时间平均缩短6s,泡沫渣可将喷溅率降低50%。大流量新喷头良好的吹炼性能为大型转炉高供氧强度吹炼的氧枪喷头设计提供了可靠的数据。     

Numerical simulation and application of oxygen lance in 120t BOF of PANSTEEL

In this study, the numerical simulations were carried out to analyse the structure of the oxygen lance nozzle, the flow conditions of oxygen and the flow status of molten steel in the converter. Through the quantitative comparison of the mixing time of the bath under different angles of oxygen lance nozzle, the angle parameter of the oxygen lance nozzle is finalised to be 16°. There are significant improvements on the industrial applications of optimised oxygen lance 536-16, in which the average time of early slag formed is decreased from 5.25 to 4.1 min, the rate of dephosphorisation is increased from 80.02 to 82.49%, the life of oxygen lance is raised from 428 heats to 800 heats, and all technical-and-economic indexes are improved.     

大型转炉双角度氧枪喷头高供氧强度炼钢

为了把宝钢炼钢厂300 t转炉的氧流量由60 000提高到69 000 m3/h,设计了6孔双角度氧枪喷头.根据第一个双角度喷头的试验结果,结合实验室内进行的氧枪喷头射流流场测定、射流与熔池作用的水模研究,对喷头设计进行了改进.为制定正确的供氧制度和喷头设计,对宝钢一炼钢的管道压力损失进行了测定.经过优化的3号6孔双角...