260 t转炉用双角度六孔氧枪的射流特性研究

通过CFD数值模拟研究了260 t转炉用双角度氧枪的倾角变化对射流偏移程度和融合距离的影响,比较了双角度六孔氧枪在喷孔倾角12°-15°～14°-17°下的射流特性,明确了双角度氧枪的射流偏移系数A。研究结果表明：对于双角度六孔氧枪的两股不同射流,倾角越大,射流偏移程度和融合距离越大;与射流偏移程度相比,喷孔倾角对融合距离的影响占主导地位;一组倾角相同时,另外一组倾角越大,融合距离越大,偏移程度越小,聚并现象发生得越晚,射流偏移系数A的变化范围在(3.38～4.12)×10^-3。     

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。     

转炉熔池溅渣动力学

文章依据氧枪的射流特性，论述了溅射作用机理。并根据泡沫渣溅起高度的实验式，依据２氧枪的氮气流量、枪位高度及氧枪喷孔夹角，可计算出溅渣高度。对氧枪副孔及复吹择溅渣的影响也进行了理论分析     

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...     

高效节能型旋流氧枪喷头的设计与应用

通过冷态气体射流试验对旋流氧枪喷头的设计参数作出评价,也为转炉氧枪操作提供合理的参考依据;结合工业试验情况,对旋流氧枪喷头参数进行修正,最终确定了莱钢集团银山型钢炼钢厂120、150 t转炉旋流氧枪喷头枪孔的最优夹角为13°,旋流角6.5°～7°,在充分发挥旋流氧枪优良的化渣、溅渣优势的同时,解决了熔池部位侵蚀严重难题,使旋流氧枪在中大型转炉中得以推广应用。采用此旋流氧枪喷头,尤其是在大废钢比情况下转炉过程化渣效果提升明显,氧气利用率提高,并能有效缩短吹炼时间1 min以上;溅渣时,熔池部位聚渣效果显著,溅渣效果提升明显,对于提高转炉炉龄有明显的促进作用。     

273氧枪喷头空气动力学模拟研究

运用试验和数值模拟相结合的方法研究了273氧枪喷头射流的空气动力学特性,结果表明,试验喷头的合理吹氧压力为0.9MPa左右,合理的操作枪位为1600～2000mm;喷头的射流中心线与喷孔中心线偏移距离均小于等于30mm,可以满足使用要求;枪位对射流截面面积的影响程度大于压力的影响,枪位是控制熔池反应速度的有效手段.     

50 t转炉四孔变角氧枪射流融合距离的数值模拟

采用Fluent软件模拟了50 t转炉四孔变角和非变角氧枪气体射流,研究了喷孔倾角对氧气射流流场和流股融合距离的影响。结果表明,在距喷头出口距离较近时,各流股独立为自由射流,随着距喷头出口距离的增加,各流股不断扩张,并在一定距离时融合成单股射流;非变角喷头A的流股融合距离为1.3 m,与冷态水模实验得出枪位1.3 m时炉口溅出量最大是一致的;变角氧枪B至I的对角喷孔倾角不同,射流流股融合了两次,大大降低了炉口溅出量;变角氧枪对角喷孔倾角相差0.5°较对角喷孔倾角相差1°时更有利于射流融合距离的增加;在研究喷孔倾角10.5°~11.5°/12.5°的9个喷头中,倾角11°/11.5°的喷头H射流融合距离最长,其理论炉口喷溅量最少。     

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。     

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%。     

旋流氧枪头对转炉溅渣护炉效果的影响

采用冷态模拟实验，比较酒钢５０ｔ转炉使用普通氧枪喷头与旋流氧枪喷头的溅渣护炉效果，结果在气体流量为４７．６Ｎｍ＾３／ｈ（相当于现场流量１３００Ｎｍ＾３／ｈ），渣量为１２％，枪位为２４７ｍｍ（相当于现场枪位１９００ｍｍ），使用旋流喷头溅到炉衬表面的溅渣密度约是普通喷头的２倍；考察到在实际的溅渣过程是非等温过程，对冷态实施得出的最佳溅枪位应该予以修正，修正系数为０．８５－０．９５，本实验取０．９。     

吹炼/溅渣两用喷枪的模型研究与设计

在深入现场调查和理论研究的基础上,本着先保证炼钢,再满足溅渣条件要求的原则,通过计算和模型试验,设计出适合于小型转炉的吹炼／溅渣两用氧枪喷头。确定的氧枪喷头参数：倾角为１１°,小孔分散度为１．１。     

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。     

150t转炉五孔氧枪射流特性数值模拟研究

以某钢厂150 t转炉为研究对象,建立了三维数学模型,利用数值模拟方法研究了不同喷孔倾角、喉口直径以及马赫数对五孔氧枪射流特性的影响规律。结果表明：随五孔氧枪喷孔倾角的增加,射流核心段轴向长度减小,氧枪头下方负压区增大,射流向下偏移量减小,到达冶炼枪位时射流速度减小且射流面积增大;随五孔氧枪喉口直径的增大,射流核心段轴向长度增大,到达冶炼枪位时射流速度、射流面积均增大,冶炼枪位时喉口直径41.1 mm的射流速度分别是喉口直径39.9、38.7、37.5 mm的1.01、1.05、1.07倍;随五孔氧枪马赫数的增加,射流核心段轴向长度略微增加,到达冶炼枪位时射流面积稍有减小,但均变化不大。     

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。     

中小型顶吹转炉氧枪设计中的几个问题

三孔喷头的结构形式、马赫数、小孔夹角和小孔间隙等参数的选择以及吹炼枪位的确定,是当前研究三孔喷头的几个重要课题。本文结合对喷头的冷态测定和转炉的吹炼实践,对上述问题进行了研究。三喉式喷头由于其结构合理,能有效地将氧气压力能转化成射流的动能。同时提出了目前中小型转炉广泛使用的单三式喷头的改进途径。结合射流冲力的衰减和实际吹炼枪位的数据找出了枪位同射流冲力的关系。可用冷态测定的射流冲力数据来指导转炉枪位的操作。在使用三孔喷头的情况下,转炉要顺利的进行吹炼,必须保证有适当的循环比(即射流的冲击半径同熔池半径之比)。小孔夹角和间隙是对循环比有影响的重要因素。     

八钢120t转炉氧枪高效吹炼工艺实践

文章介绍了八钢第二炼钢厂对标国内先进钢铁厂,为了提升炼钢转炉吹炼效率,对120t转炉原氧枪喷头的马赫数、喉口、夹角进行的优化。氧枪优化后提升了供氧强度,吹氧时间缩短50~60秒;同时溅渣效果、冶炼枪位、终渣TFe、氧耗等综合指标均有明显改善。     

基于数值模拟的双联法炼钢供氧优化研究

利用CFD软件对福建三钢闽光股份有限公司120 t转炉进行了氧气射流与三相流数值模拟,模拟结果表明:4孔脱磷氧枪的射流和化渣效果优于3孔脱磷氧枪,可保证化渣过程整个熔池的吹炼面积,促进脱磷反应的稳定高效进行;Ma=2.03优于Ma=1.98的脱碳氧枪,有利于转炉脱碳过程造渣,促进脱碳反应的进行.将新氧枪应用于福建三钢闽光股份有限公司现场的转炉冶炼,表明脱磷氧枪与脱碳氧枪综合脱磷能力强,可有效地控制熔池温度,达到了前期脱磷保碳、后期脱碳升温的生产需求.     

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。     

110t复吹转炉氧枪喷头设计参数对钢水冶金质量的影响

通过建立的几何模型,利用Fluent软件对出钢量110 t顶底复吹转炉氧枪喷头参数（夹角12°~13°,孔数4,流量22000~24000 m³/h）对射流影响进行三维数值模拟,在1.1~1.4 m枪位,喷孔夹角12.5°的4孔氧枪可保持射流半径适中和较高的射流速度。钢厂冶炼45钢,Q235和HRB400钢的应用实践表明,采用12.5°喷头喷孔夹角,93炉次22000 m³/h氧气流量时110 t钢水的平均冶炼时间为14.8 min,终点碳符合冶炼钢种要求,终点[P]0.010%~0.030%,脱磷率≥96%。     

180 t转炉超音速射流和聚合射流与炼钢熔池作用的水模型实验研究

以鞍钢180 t顶底复吹转炉为原型,设计超音速氧枪喷头进行了复吹转炉传统射流与聚合射流对熔池相互作用的水力学模型实验。超音速射流水模实验确定最佳的均混时间为12.6 s;在保持最佳顶吹气体流量的条件下,以降低枪位模拟聚合射流对熔池的相互作用。结果表明:当氧枪枪位下降到40 mm时,均混时间为11.8 s,这说明聚合射流完全可以达到传统射流对熔池的搅拌效果,可取消底吹系统,简化转炉设备和提高转炉炉龄。