复吹转炉水模分散相粒度分布的研究

通过二维水模型模拟复吹转炉吹炼过程。利用数码相机进行摄影,通过对得到图像中分散相的提取与粒度的计算,研究了复吹过程中炉渣与钢液分散相粒度分布的变化。结果表明：复吹转炉存在于连续相中的一定大小分散相出现的频率与其尺寸成一定的比例关系;钢滴分散相的粒度分布随顶吹和底吹强度的增加出现极值;在软吹条件下,渣滴分散相的粒度分布主要受到底吹强度QB的影响,顶吹流量QT几乎对其无影响,在硬吹条件下则受到顶、底吹共同作用的影响。并给出复吹边界条件对分散相的出现频率与其尺寸比例关系影响的经验公式。     

转炉渣钢间传质的冷态模拟试验

在转炉冶炼过程中,底吹参数对渣钢间传质起着非常重要的作用。为了研究底吹参数如底吹枪支数、底吹强度对传质效果的影响,以100t转炉为原型,根据相似原理,通过冷态模拟试验研究了苯甲酸在油水间的传质规律。试验表明,传质系数随着底吹强度增加呈现先增加后减小的现象;最优底吹流量随底吹枪支数增加而增加,底吹枪由4支逐渐增加到10支时,最优底吹流量由0.08增加至0.25m3/(t·min);最优单支枪供气强度为0.02~0.025m3/(t·min),且随底吹枪支数增加略有增加。     

转炉复吹过程渣滴分散相粒度及空间分布的水模型研究

通过800mm高、熔池深度118mm的水模型模拟了转炉的复吹过程。使用不同粒度级别的渣滴分散出现频率与其尺寸级别的比例关系|M₈|参数和其空间分布均匀程度|K₈|参数,研究了操作条件对渣滴分散粒度及空间分布的影响,并得出经验公式。结果表明,在顶吹流量20～40m³/h和底吹流量0～1m³/h的情况下, 顶、底吹流量的增加有利于渣滴分散相的均匀分布。     

底吹方式对渣-钢界面影响规律的水模型

 利用水模试验方法模拟底吹方式对转炉吹炼过程中渣-钢界面搅拌与传质效果的影响,研究底吹强度、底吹枪个数等因素对渣-钢界面搅拌与传质的影响规律。试验研究结果表明,由于底吹搅拌作用,使渣-钢间传质速率呈规律性变化。不同底吹枪个数与底吹搅拌强度的组合,存在渣-钢界面传质速率的最大值。单支底吹枪的底吹强度为0.020～0.025 m3/（t·min）时,渣-钢间传质速率最大。     

精炼钢包底吹氩性能优化物理模拟研究

以天钢120 t LF为原型,在相似原理的基础上,通过水模型试验,研究考察了底吹氩量对出钢过程及吹氩 精炼过程钢液混合效果的影响,对精炼钢包内的渣金卷混行为进行了研究,并考察了不同操作工艺参数（时间、吹 氩量）对钢包内夹杂物去除的影响规律,进而对原工艺的改进提供了依据。     

底吹钢包中钢-渣间传质的物理模拟

利用苯甲酸在水-油之间的传质模拟底吹钢包中冶金反应的传质过程,研究了渣中传质为速度限制环节时底吹流量、渣量、底吹位置对传质速度的影响.研究结果表明,传质速度随底吹流量的增加而增大,超过某一临界流量时速度增加更快,实验中苯甲酸的传质在低流量时kA∝Q0.20,在高流量时kA∝Q0.80,传质速度的突然加快是由于大量渣滴被卷入水中使渣钢接触面积变大;钢-渣间传质速度随渣量的增加而增加;中心底吹比偏心底吹传质速度更快,钢包优化底吹位置的确定应该综合考虑熔池的混匀时间和渣钢间的传质速率.     

130 t单嘴精炼炉真空室内覆盖脱硫渣的钢液流场数值模拟

用Fluent软件和VOF模型模拟了130 t单嘴精炼炉内覆盖脱硫渣时钢包底吹氩流量(150～450L/min)和吹氩位置(中心至3/4浸渍管半径)对钢渣界面平均速度的影响。结果表明,吹气位置为1/2浸渍管半径(R)处最合理,钢渣界面平均速度随吹气流量的增加而增加,当流量一定时吹气位置为1/2R时界面平均速度最大;吹气位置﹥1/2R时才会对界面上渣相体积分数变化有显著影响。     

底吹气体参数对透气砖侵蚀速度的影响

为了研究底吹气体喷吹参数(压力、流量、喷孔直径等)对透气砖侵蚀速度的影响,对比了食盐、硼砂、碳酸钠和不同比例的食盐与碳酸钠的混合物在水中的溶解速度,选定天然盐砖来模拟透气砖材质进行侵蚀水模拟试验。以水模拟钢水,在1∶10的有机玻璃模型中喷吹压缩空气,改变喷吹参数(压力、流量和喷吹时间),测量喷吹前后透气砖喷孔尺寸的变化,计算喷孔的侵蚀情况(径向侵蚀速度、轴向侵蚀速度和侵蚀角),构建气体的喷吹参数与透气砖侵蚀速度之间的关系。根据喷孔尺寸、气体的喷吹参数和无量纲数(修正的弗劳德数、雷诺数和表观马赫数等),对喷吹气体进入熔池中的流动状况进行分析,如气流中气泡的当量体积和当量直径、喷吹过程中所形成的气柱高度、气泡流和喷射流的转变等。研究结果表明,透气砖喷孔的轴向侵蚀和径向侵蚀速度均随底吹供气流量提高而增大,侵蚀角受喷孔直径、气体流量的影响很小,采用直径较小的喷孔,可以提高底吹气体对熔池的搅拌效果。研究结果对复吹技术的提高具有参考意义。     

包钢炼钢厂转炉工艺优化

炼钢和连铸生产过程中产生了大量的含铁尘泥、连铸切割渣、渣钢等含铁物质,为了减少这些含铁物质的外排和污染,在转炉中加入这些含铁物质,但是转炉工艺操作出现了波动,部分炉次钢铁料消耗较高。通过采用"留渣+双渣"工艺,在留渣的基础上将转炉吹炼分为两个阶段;同时在吹炼过程中对底吹进行控制,显著地降低喷溅发生。现有操作工艺进行优化后,钢铁料、渣料消耗大幅减少,显著地降低了转炉炼钢的生产成本。     

吹氩精炼钢包内非金属夹杂物去除机理

 通过物理模拟试验,研究分析了底吹氩精炼钢包内夹杂物去除机理以及吹氩量对其的影响规律。结果表明：钢包中夹杂物的上浮主要是通过上升的钢液流携带,底吹氩量对夹杂物在钢包表面的钢-渣界面去除行为存在重要影响。吹氩量较小时,钢-渣界面稳定,夹杂物在浮力、毛细作用力等共同作用下穿过平坦的钢-渣界面而被吸收;吹氩量较大时,钢-渣界面波动大,渣眼周围发生卷渣,夹杂物被卷入的液滴吸收,随液滴进入渣层;吹氩量大,渣眼周围形成渣泡,夹杂物被渣泡吸收,随渣泡进入渣层。吹氩量达到一定时,夹杂物被钢-渣界面的吸收成为其被去除的限制性环节,且吹氩量较大时夹杂物去除效果最差,为实际吹氩精炼过程吹气量的控制提供了指导。     

顶吹转炉渣 金母相界面积的分形表征

应用分形理论和渣 金母相分维数及余维相加定律,计算了顶吹转炉水模型过程中渣 金母相面积,并用正交实验法分析了各个影响因素对实验结果的影响。结果表明,渣 金母相面积受渣 金比的影响较大,氧枪枪位和顶吹气量的影响次之。     

转炉水模分散相粒度分布的幂函数表征

通过二维水模型模拟转炉吹炼过程,利用数码相机进行摄影,通过对得到图像中分散相的提取与粒度的计算,应用幂函数法表征粒度分布,研究了顶吹转炉渣滴分散相粒度分布与边界条件的关系,得到了相应的比例关系。     

Behavior of carbon,oxygen, and sulfur during hydrogen blowing of liquid steel

The decarburization of liquid steel during hydrogen blowing has been studied. The decarburization is caused by the interaction of carbon with oxygen dissolved in the metal. As the melt is blown with hydrogen, the decarburization is enhanced owing to hydrogen bubbles, which increase the effect of mixing of a metal bath and substantially increase the melt-gas phase interface. As a result, the rate and completeness of decarburization increase significantly. It is experimentally shown that hydrogen blowing of a melt substantially decreases the sulfur concentration in the metal because of the interaction of hydrogen with sulfur.     

Modeling of metallurgical emulsions

Emulsification behavior caused by gas bubbles rising through a slag/metal interface has been studied in both a thin-slice model and a three-dimensional model using low-temperature oil/aqueous and oil/mercury analogues. A generalized model characterizing the transitional volume of droplets entrained in the upper phase in the emulsification process was developed. The transient volume of “metal” entrained,V _d(t), following the start of bubbling followed the relationV _d(t) =V _∞(1 −e ^(t/Τ)). This model is also of general significance to other metallurgical emulsification processes, such as those induced by iron ore reduction and top blowing, regardless of the mechanisms of droplet generation. Based on this model, the birth rate and mean residence time of droplets dispersed by rising bubbles can be quantified. Dimensional analysis was used to express the volume of lower liquid carried up into the emulsionper bubble, thereby allowing better estimates of the droplet birth rate in a practical emulsification process induced by bottom blowing. Emulsification behaviors in industrial in-bath smelting processes were interpreted with the present modeling results. Formerly Graduate Student, Department of Mining and Metallurgical Engineering, McGill University,     

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In order to research the stirring effect on bottom blowing gas supply mode in combined blowing converter, the effect of bottom blowing flow rate distribution, switching frequency and grouping mode on mass transfer between slag- metal interface and mixing time was investigated. The study indicates that both mass transfer coefficient and mixing time change with the bottom blowing flow rate distribution, switching and grouping mode. Under continuous mode with distribution ratio as 4, the mass transfer effect reaches best; when set distribution ratio as 5,mixing time reaches smallest.Under spaced mode with distribution ratio as 3, the mass transfer effect reaches best; when set distribution ratio as 5, mixing time reaches smallest. Mass transfer coefficient decreases with increases of switching frequency. Distribution ratio has greater effect on mass transfer coefficient under continuous mode than spaced mode. Both modes are almost identical on mixing effect. In continuous mode, bottom blowing leads to uneven erosion, large flow side accelerates the lining erosion and two- phase emulsion process, while the small flow side is opposite.     

300 t脱磷炉渣-钢界面搅拌与传质效果模拟

 为达到良好的高效复吹效果,改善熔池搅拌情况,采用双指标（混匀时间和传质速率）研究了底吹布置方式对转炉吹炼过程中渣-钢界面搅拌与传质效果的影响。试验研究结果表明,最优布置方案为内8孔布置,此时渣-钢界面传质速率最大,混匀时间最小。大部分底吹布置的混匀时间与传质速率存在反比关系。从整体来看,内圈孔数越多,渣-钢界面传质速率越大,混匀时间越小。对于2-6分布,将底吹元件分布的内圈与外圈合并一起看,底吹元件分布得越均匀,则此布置的搅拌与传质效果越好。     

转炉顶吹过程渣-金-气三相作用特性

基于VOF界面追踪技术,建立了氧气转炉顶吹过程渣-金-气多相传输行为的数学模型,研究了渣-金-气三相界面行为,给出了渣/金界面特征的演化过程和熔池内流场变化特征,对冲击坑形态进行了具体的描述,并对穿透深度和冲击坑直径进行了定量化的表征。结果表明:由于冲击坑表面波的传播,冲击坑以及渣/金/气界面具有明显的瞬态特征且熔池是振荡的;钢液熔池内涡旋中心位置随着吹炼时间以及渣的运动而变化;低枪位加强了钢液表面的波动,增加了钢液表面的粗糙度,增大了射流与熔池的接触面积,从而有利于射流向熔池的动量传递,促进熔池的搅拌。