210 t转炉氧枪射流性能优化与工业应用

为改善国内某钢厂210 t大型转炉供氧强度低、冶炼周期长等问题,对目前所用六孔氧枪喷头参数进行优化设计,利用数值模拟明确射流动力学特征。结果表明：枪位在1.5 m之前,轴向速度变化随倾角变化不明显,当枪位超过1.5 m时,随着喷孔倾角增加,轴向速度减小幅度增大。射流聚并行为随着倾角增加得到明显改善。射流有效动能随射流行进快速下降,枪位1.5 m时只占比初始动能的20%左右,随后动能衰减趋缓,到2.7 m时动能损耗仅5%左右。优化后的210 t转炉六孔氧枪设计参数为：倾角15.5°,马赫数2.06,喉口直径45.89 mm,出口直径61.14 mm。工业试验的结果表明,优化后的氧枪比优化前所用氧枪的吹氧时间减少了43 s,脱磷率提高了11.4%。     

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...     

180 t转炉氧枪喷头的设计和优化

基于氧枪设计的经典理论,得出180 t转炉5孔氧枪喷头的入口直径55 mm,喉口直径37.2 mm,出口直径50.8 mm,收缩段长度44.6 mm,扩张段长度97.2 mm,喉口长度5 mm;采用CFD流体仿真软件模拟在相同环境温度下喷孔夹角13°~17°时氧枪射流流场,得出15°为180 t转炉氧枪最优喷孔夹角,其射流具有较强的穿透能力和较大的有效冲击面积。     

120t转炉氧枪喷头参数优化与应用

针对马鞍山钢铁股份有限公司某厂120 t转炉炉型特点和冶炼工艺情况,对原有氧枪4孔喷头参数进行了优化设计.对氧枪喷孔数、喷孔偏转角、工况压力、喉口直径、出口直径和扩张段长度等都进行了适当调整,优化后的氧枪喷头马赫数由1.98提高到2.05.结合该厂生产实践表明,优化后的氧枪5孔喷头可增加转炉供氧强度,优化转炉内动力学反...     

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。     

200 t转炉交错氧枪设计优化研究

以200t转炉5孔氧枪为原型,优化设计内外喷孔相同倾斜角度下不同流量配比的交错氧枪.基于射流特性仿真研究,通过数值模拟方法,分析交错氧枪喷头射流特性与传统5孔氧枪的不同,探讨内外孔流量比变化对氧枪射流轴向速度衰减和有效冲击面积的影响规律.结果 表明:交错氧枪内孔射流轴向速度大于传统氧枪,外孔的轴向速度与传统氧枪相近,但...     

150 t转炉高马赫数氧枪的开发

针对河钢唐钢一钢轧厂150 t转炉炉型特点和冶炼工艺情况,对原有氧枪喷头参数进行了优化设计。将氧枪喷头马赫数由1.97提高到2.15时,相应喷孔数、喷孔夹角、工况压力、喉口和出口直径以及扩张段长度等都做了适当调整。生产实践表明,高马赫数氧枪的使用可增加转炉供氧强度,优化转炉内动力学反应条件,使纯吹氧冶炼时间平均缩短106 s,脱磷率提高3.6%,终渣w(TFe)量降低1.7%,铁水消耗降低24 kg/t,不仅有利于转炉提高废钢比,还可提高金属收得率。     

半钢炼钢转炉增大供氧强度的氧枪设计与使用

针对攀钢半钢炼钢的特点,设计了高供氧强度的新型氧枪。新设计的氧枪喷孔数为5孔,喷孔孔型为近似Laval型,且布置在喷头端面的同一圆周上,喷孔倾角分别选取13°和15°。氧枪喷头喉口直径(d喉)选取35 mm。新设计的氧枪冶金效果明显,缩短纯吹氧时间2.6 min/炉,冶炼过程顺行,可满足溅渣护炉的需要,各项技术经济指标改善。     

低枪位下氧枪射流对熔池作用的冷态实验研究

采用水力学模型进行了低枪位下顶吹射流对熔池作用的冷态实验,研究了枪位、气体流量、氧枪喷头类型等因素对冲击深度、喷溅量和熔池混匀时间等的影响.实验结果发现,喷孔倾角增大时,射流冲击深度减小,熔池喷溅量较少,混匀时间相对较短.氧枪喷孔倾角为13°和17°时,其最小混匀时间对应枪位为60mm,冲击深度比为32%～50%;而氧...     

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。     

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。     

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。     

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。     

100t转炉氧枪射流的数值模拟研究

以首钢水城钢铁有限责任公司炼钢厂100t转炉氧枪为研究对象,利用Fluent流体力学软件对氧枪射流进行仿真模拟,研究氧枪喉口直径、出口直径和氧流量对氧气射流的影响。通过对氧气射流的研究来提高转炉冶炼的供氧强度,缩短供氧时间,降低生产成本。研究认为：喉口直径36．8mm,出口直径47．6mm,氧流量为20000m3／h为...     

聚合射流氧枪射流特性的实验研究

利用带有中心主孔的Laval喷管和16个副孔的聚合射流氧枪喷头的氧枪射流检测系统研究氧枪射流中心速度的衰减规律,测试常温氦气代替高温燃烧的保护气体作为伴流而产生的聚合射流,以及高温以主孔通空气,两副孔分别通入氧气和丙烷来产生保护气体模拟的聚合射流。结果表明,聚合射流特性优于传统射流特性,常温下随氦气入口压力增加,中心射流的轴向衰减变缓,获得比传统超音速射流更长的超声速区域;高温下通过调节燃气和氧气流量可改变环状火焰长度,同时可以根据生产实际情况变化主射流长度,满足冶炼工艺要求。     

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%。     

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。     

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。     

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。