铜底吹炉氧枪出口端蘑菇头生成过程水模实验研究

氧气底吹熔池熔炼过程中,高温熔体会逐渐在氧枪出口周围形成蘑菇状的疏松多孔介质区,称为蘑菇头。大小合适的蘑菇头,既不妨碍送气量,又可保护氧枪。本文以铜底吹炉为原型,基于相似原理搭建水力模型试验平台,模拟得到蘑菇头的生成过程。蘑菇头的生成需要满足一定热力学条件,主要与低温气体温度和气体流量有关,稳定蘑菇头生成过程可以分为生成-破碎-生成反复阶段和稳定蘑菇头生成阶段,蘑菇头的尺寸、孔隙率以及生成稳定蘑菇头所需时间受气体流量的影响较大,而受氧枪倾角的影响较小。随着气体流量增加,稳定蘑菇头尺寸和孔隙率都会变大,生成稳定蘑菇头所用的时间则缩短。     

底吹炉喷枪出口处“蘑菇头”对气体行为影响的模拟研究

依据热量平衡原理,计算得到了某种气体喷吹流量下形成的"蘑菇头"直径为60.2mm。使用商业软件FLUENT将"蘑菇头"区域设置为多孔介质,利用VOF模型模拟了"蘑菇头"存在时气泡的产生、生长、直至破裂的过程。对比没有"蘑菇头"时气泡的变化,模拟发现,"蘑菇头"的存在对流动过程的影响较大。"蘑菇头"的存在使气泡体积与表面积更大,形状更接近球形,且在炉内停留时间更长,有利于炉内气体与熔体的流动与充分反应。     

大型氧气底吹炉熔池数值模拟及工艺参数优化

底吹炉大型化是目前氧气底吹炼铜技术重要发展趋势,但大型底吹炉熔池搅拌状况不明晰。以某企业大型氧气底吹炉为研究对象,建立大型底吹炉等效简化模型。分析了大型化底吹炉“准稳态”过程,探究大型底吹炉熔池流动状况,选定熔池气含率、熔体平均速度和湍动能作为大型氧气底吹熔池状态评价指标,研究了渣层厚度、喷吹流量、氧枪夹角对熔池流动的影响。结果表明,在渣层厚度65~70 cm、喷吹流量控制在0.60~0.65 kg/s、氧枪夹角达到30°~40°条件下,熔池搅拌情况较好。     

富氧底吹铜熔炼炉内气-液多相流研究

针对恩菲自主研发的底吹连续炼铜工艺,以正常运行的底吹铜熔炼炉为研究对象,考虑熔炼渣相和铜锍相的实际物性参数,建立一个与实际底吹炉尺寸一致的熔炼炉模型,采用VOF多相流模型和标准k-ε湍流模型对炉内气-渣-铜锍三相流动过程进行仿真模拟,对炉内气液两相流动规律、炉内各相速度场、熔炼炉喷溅机理进行分析,获得炉内各流动区域特征,同时为后续底吹炉的设计和操作制度制定提供参考。     

莱钢120t活炉底复吹转炉长寿技术的应用

对影响活炉底复吹转炉使用寿命原因进行分析,通过对炉衬材质及砖型设计优化、复吹转炉砌筑工艺的优化、炉底底吹金属蘑菇头形成及维护、活炉底复吹转炉溅渣护炉及炉衬挂渣喷补维护等工艺措施,提高了120 t活炉底复吹转炉的使用寿命,炉龄达到27 000炉。     

底吹炉下料口炉结智能化处理机器人系统研究与应用

富氧底吹熔炼是国际先进的一种主流熔炼技术,底吹熔炼炉在熔化过程中,炉膛内的跳渣会导致下料口处形成炉结,影响物料进入炉体的流动。现有的炉结处理方法是人工根据运行情况不定期地对入料口进行清理,现场作业环境温度高、粉尘大、工人劳动强度大。阐述了一种机器人系统,能完成底吹炉下料口炉结的智能化处理,系统基于视觉AI感知、三维建模和力控传感等多技术融合的特种机器人清理技术,通过自主研发设计的末端力控风镐完成下料口炉结的清理作业,并已在湖南某铅冶炼厂现场运行。本系统对于底吹炉下料口炉结的识别准确率高,处理炉结的效率快、一致性好,有效减少了炉结的形成及下料口堵塞,提高了富氧底吹熔炼的整体效能和作业的安全性。     

底吹喷枪出口端生成蘑菇头热态试验研究

通过热态模拟试验,研究了复吹转炉底吹喷枪出口端生成蘑菇头的过程以及底吹喷枪温度、周围耐火材料内的温度与铁水温度、底吹气体流量之间的关系。当底吹喷枪出口端温度低于铁水凝固温度约60℃时,铁水才会在其上结瘤并生成蘑菇头而保护底吹喷枪,提出了控制蘑菇头生成、长大、熔化、消失的喷吹操作特性曲线。     

210 t LF精炼底吹氩过程气、渣、钢液三相流场优化的数值模拟

基于湍流模型和VOF模型,通过CFD流体工程模拟软件FLUENT6.3.26,对吹氩过程210 t钢包炉(LF)内气、渣、钢液三相流场进行了数值模拟和分析,得出底吹氩孔位(单孔中心,单孔偏心,双孔)和氩气流量(100~500 L/min)对钢液循环流动、渣眼尺寸和卷渣等行为的影响。研究显示,单孔底吹钢包的孔位不同,混合速度和渣眼尺寸不同;渣眼处易卷渣;双孔底吹比单孔底吹死区小得多;氩气流量越大渣眼越大,但渣眼尺寸大于611mm时,其尺寸变化不大;210 t钢包的双孔底吹钢包内合适的吹氩量为200~300 L/min。     

复吹转炉在溅渣下的长寿复吹效果

武钢复吹转炉溅渣护炉工艺技术的开发研究 ,成功地应用于武钢二炼钢转炉 ,最高炉龄达到了 2 2 76 6炉 ,复吹比达到了 10 0 % ,即底部供气元件寿命同步提高到 2 2 76 6炉 ,创造了世界最新记录 ,采用溅渣和辅助溅渣工艺技术 ,促进底吹供气元件表面生成长寿的“炉渣—金属蘑菇头” ,仍保持了复吹的冶金效果 ,碳氧反应接近平衡 ,避免了钢水的过氧化 ,保持了原复吹转炉脱磷、脱硫的能力及终点残锰含量。通过对“炉渣—金属蘑菇头”的研究评估证明 ,具有良好的透气性能。     

气体流量对底吹炼铜炉吹炼过程的影响

首先利用Fluent软件对底吹炉用的氧枪内气体流动过程进行模拟研究,分析了三种工况下进口参数与气体流量的对应关系,给现场进行流量调节提供了理论依据。然后以氧枪出口气体的流动参数作为边界条件,利用VOF模型对底吹炉渣、铜锍、粗铜、空气四相流动过程进行模拟研究。研究了不同流量下的熔体流动规律,包括熔池内的密度分布、熔池平均速度、液面波动状况以及喷溅量等。当气体流量为0.43kg/s时,熔池内的平均速度较高,混合强度大,但是也会造成液面波动和喷溅量过大的现象,严重时会导致下料口堵塞,影响正常生产过程。     

底吹供气元件的维护实践

介绍了某国内钢铁集团210 t转炉底吹透气元件的维护实践,分析得出底吹透气元件失效的主要原因是底吹透气砖熔损以及透气元件堵塞。通过采取有效的措施,采用初期形成炉渣—金属蘑菇头、中后期控制炉底波动的手段,使整个炉役过程中复吹效果良好。     

复吹转炉在溅渣下的长寿复次效果

武钢复吹转炉溅渣护炉工艺技术的开发研究，成功地应用于武钢二炼钢转炉，最高炉龄达到了22766炉，复吹比达到100%，即底部供气元件寿命同步提高到22766炉，创造了世界最新记录，采用溅渣和辅助溅渣工艺技术，促进底吹气元件表面生成长寿的“炉渣-金属蘑菇头”，仍保持了复吹的冶金效果，碳氧反应接近平衡，避免了钢水的过氧化，保持了原复吹转炉脱磷、脱硫的能力及终点残锰含量。通过对“炉渣-金属蘑菇头”的研究评估证明，具有良好的透气性能。     

天钢顶底复吹转炉底吹透气元件维护实践

介绍了天津钢铁集团有限公司120t顶底复吹转炉底吹透气元件的维护方法。分析出底吹透气元件失效的主要原因是透气砖堵塞、透气元件侵蚀。通过采取有效的措施,采用初期形成炉渣一金属蘑菇头、中后期控制炉底波动的手段,使整个炉役过程中复吹效果良好。     

底吹喷枪出口端蘑菇头形成机理及模拟研究

本文以水力学模型实验研究了底吹喷枪出口端蘑菇头的形成机理及控制模型。直接观察了蘑菇头的形成过程；研究了水在底吹喷枪出口端开始结晶和形成蘑菇头的条件：底吹喷枪出口端温度与水溶池温度、底吹气体温度及流量、底吹喷枪内径之间的关系。还观察到有无蘑菇头时底吻气体冷却特性的差异；最后，提出了与蘑菇头形成及熔化有关的底吻参数的控制模型。     

底吹氩VD钢包炉流场优化的数值模拟研究

以某钢厂150 t VD钢包炉为研究对象,采用商业软件Ansys-Fluent,建立钢包底吹氩气模型,结合正交设计方法,模拟了不同钢液量,两个吹氩口不同吹氩量工艺条件下钢包内流场和流速变化,同时考虑了静置10 min后钢包炉内钢液流动情况。所有试验均监测钢包下部同一位置的速度大小,通过正交设计方法选择最优的生产方案。研究结果表明:钢包内钢液量和底吹氩气量在小范围内变动对钢包内钢液流场和流速影响不大,且钢液量和氩气口吹氩量对静置10 min后钢液内流场流速的影响可以忽略不计。吹氩量过大会导致渣眼开度较大引起卷渣和吸气现象,吹气量过小钢液流速较低则导致形成稳定循环流场所需时间较长。最终通过对比分析得出在钢液高度选用3 590 mm,1#和2#氩气口流量均采用0.9 m~3/h时钢包炉内综合流动效果较好,减少了钢水受污染程度,提高了生产效率。     

高压底吹条件下钢液流动模拟研究

高压底吹条件下钢液流动运动行为复杂,采用数值模拟分析了压力、底吹流量、底吹位置及钢液面高度对熔池内钢液流动的影响。模拟结果表明:高压条件下,随着压力的增加,熔池内的速度分布均匀,梯度减小程度小。钢液的平均速度随底吹流量的增加而增加。随底吹喷孔位置向熔池壁靠近,主循环回路变长。随着熔池液面高度的上升,气液两相区的径向范围变广,速度梯度减小,熔池内死区比例降低;达到一定高度后,氮气到达熔池液面时速度变小。研究高压底吹条件下钢液的流动行为,对钢包内钢液底吹精炼具有指导意义。     

涟钢210t转炉厂RH精炼过程温度变化研究

基于RH精炼处理的基本原理,结合涟钢RH-MFB实际生产和经验数据,重点对涟钢RH-MFB精炼过程温度的变化规律、温度变化的影响因素进行分析。结果表明,在精炼开始阶段的0~10min钢包内钢液温降趋势明显,吹氧炉次在开始的10min温降速度为1.7℃/min,未吹氧炉次为2.0℃/min。在极限真空循环处理前,吹氧炉次与未吹氧炉次的温降均随初始碳含量及进站温度的升高而增大;对于吹氧炉次,1Nm3氧参加碳氧反应释放出的热量能使得210t钢水温度上升大约0.18℃,溶解1Nm3氧放出的热量能使210t钢液温度上升0.06℃。实际生产过程的大部分炉次基本与计算值一致,吹氧加铝升温时温度变化计算值与实际值基本相当,除个别炉次相差较大外,其他炉次相差均在4℃以内。     

涟钢210t转炉厂RH精炼过程温度变化研究

基于RH精炼处理的基本原理,结合涟钢RH-MFB实际生产和经验数据,重点对涟钢RH-MFB精炼过程温度的变化规律、温度变化的影响因素进行分析。结果表明,在精炼开始阶段的0～10 min钢包内钢液温降趋势明显,吹氧炉次在开始的10 min温降速度为1.7℃/min,未吹氧炉次为2.0℃/min。在极限真空循环处理前,吹氧炉次与未吹氧炉次的温降均随初始碳含量及进站温度的升高而增大;对于吹氧炉次,1 Nm3氧参加碳氧反应释放出的热量能使得210 t钢水温度上升大约0.18℃,溶解1 Nm3氧放出的热量能使210 t钢液温度上升0.06℃。实际生产过程的大部分炉次基本与计算值一致,吹氧加铝升温时温度变化计算值与实际值基本相当,除个别炉次相差较大外,其他炉次相差均在4℃以内。     

浅淡富氧底吹炉熔池炼铜新工艺

介绍垣曲冶炼厂富氧底吹炉熔炼的工艺特点、基本原理、工艺流程、原料配料情况,分析富氧底吹炉熔池炼铜的热量收入及支出、工艺参数的控制对熔炼过程的影响。     

复吹转炉模型实验中非等温问题的模化研究

针对转炉顶吹氧枪或底吹喷枪喷出的气体，从常温状态迅速升温达到炉内高温状态，体积急剧膨胀的实际生产情况，设计制作了非等温矫形模化实验模型，实验研究复吹转炉熔池内的流动及搅拌混匀特性，流体对炉壁的冲刷作用。与未考虑温度影响的常规等温模型实验比，搅拌混匀需要的底吹供气强度降低，对炉壁的冲刷作用稍弱。