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。     

底吹搅拌对复吹转炉脱磷工艺的作用分析

 在分析讨论复吹转炉冶炼过程脱磷反应规律、常规转炉冶炼过程脱磷弊端的基础上,探讨了转炉冶炼过程脱磷时机选择与合理控制机制。基于转炉脱磷热力学与动力学条件分析得出,底吹搅拌能兼顾渣-钢界面搅拌和控制脱磷温度,是提高脱磷效率的主要动力学手段。通过水模试验模拟渣-钢之间的传质现象得出,转炉底吹元件数量和底吹强度的不同组合与渣-钢界面间的有效传质存在合适的匹配关系,随着转炉底吹强度增加,底吹元件个数应适当增加。转炉长寿命复吹效果不但取决于合理的供气元件选型、数量、布置及供气模式,更要依靠科学的底吹维护工艺制度。     

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.     

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。     

转炉底吹元件非均衡供气搅拌的冷态水模拟

通过水模试验,研究了复吹转炉底吹强度、布置模式、流量分配比对熔池中渣-钢间传质系数的影响。试验表明,渣-钢间传质系数随着流量分配比的增大,存在先升高后降低的规律,且不同底吹强度下拐点位置不一致。混匀时间随流量分配比的增大先降低再升高。在连续布置下,对于0.20 m3/(t·min)的底吹强度,底吹流量分配比为4∶1时,渣-钢间传质效果最优,与常规底吹均衡供气方式相比,渣-钢间传质系数能够提高81.4%。在间隔布置下,对于0.15 m3/(t·min)的底吹强度,底吹流量分配比为2∶1时传质效果最优,渣-钢间传质系数能够提高42.5%。连续布置比间隔布置提高渣-钢间传质效果更好。     

复吹转炉顶吹枪位与非均衡底吹搅拌的水模拟

为优化120 t复吹转炉冶炼效果,通过水模型试验,模拟研究了复吹转炉底吹强度、顶枪枪位、底吹排布方式和流量分配比对渣 钢间传质效果和熔池混匀时间的影响。研究表明,在相同底吹条件下,顶枪低枪位操作时渣 钢间传质系数比高枪位操作时渣 钢间传质系数大,且随着底吹流量分配比增大,渣 钢间传质系数先增大后减小。在相同顶枪枪位操作条件下,底吹元件间隔排布时,渣 钢界面传质效果总体优于连续排布。随着底吹流量分配比增大,高枪位和低枪位混匀效果变化趋势近似相反。在高枪位下,底吹元件连续排布混匀时间总体少于底吹元件间隔排布时对应的混匀时间;在顶枪低枪位操作条件下,底吹元件连续排布混匀时间总体大于间隔排布混匀时间。通过顶枪枪位、底吹排布和流量分配比的合理匹配,较传统均衡流量底吹模式,传质系数可提高30%～125%,混匀时间可减少8.6%～51.5%。     

复吹转炉渣金间传质物理模拟及应用

 将200 t复吹转炉按照1：12的比例缩小,用液体石蜡模拟炉渣、水模拟钢水、压缩空气模拟顶吹和底吹气体,在实验室建立模拟复吹转炉吹炼过程熔池渣金间传质的试验模型,在顶吹气体流量为88 m3/h条件下,通过相对集中非对称布置的4、6、8、10、12支底枪吹入不同底吹气体,用苯甲酸作为传输物质,试验测定了复吹转炉熔池渣金间的容量传质系数,考察不同底枪支数和布置以及底吹气体流量对渣金间传质速率的影响,优化复吹转炉底枪布置和底吹气体流量,以增强复吹转炉熔池的搅拌,改善熔池渣金反应动力学条件。研究结果表明,当底吹气体流量为1.14 m3/h时,在4～12支的底枪布置方案中,4、6支底枪布置方案的容量传质系数(分别为1.77×10-4、1.80×10-4 L/s)低于8、10、12支底枪布置方案的容量传质系数(分别为2.41×10-4、2.24×10-4、2.42×10-4 L/s);当底吹气体流量为0.57 m3/h时,在8～12支底枪布置方案中,10、12支底枪布置方案的容量传质系数(分别为1.68×10-4、1.69 ×10-4 L/s)明显大于8支底枪布置方案的容量传质系数(0.95 ×10-4 L/s);在底吹气体流量不小于1.14 m3/h后,8、10、12支底枪布置的容量传质系数相差不大,在2.24×10-4～2.87×10-4 L/s的范围;在气体流量小于1.14 m3/h时,随着底吹气体流量的增加,渣金间的容量传质系数增加显著,底吹气体流量大于1.14 m3/h后,容量传质系数增加变缓。将12支底枪布置方案应用到实际复吹转炉,整个炉役的平均碳氧积为0.001 96×10-4,在不同炉龄阶段,终点钢水平均碳氧积为0.001 88×10-4～0.002 04×10-4,终点钢水碳氧积小于0.002 5×10-4的炉次比例达到90.53%。     

复吹转炉钢-渣间容量传质系数的水-油模型

在熔池直径880mm、深258mm的冷态模型中，利用水模拟钢水、机油模拟渣、苯甲酸模拟钢-渣间传输物质来研究熔池直径5285mm、深1545mm的复吹转炉吹炼工艺参数对钢-渣间容量传质系数的影响。结果表明，枪位350mm，顶吹流量117m^3/h，底吹流量1．68m^3/h至2．36m^3/h时，传输物质苯甲酸的容量传质系数变化最显著，在采用枪位350mm，顶吹流量140m^3/h，底吹流量1．68m^3/h，底枪布置方式为8孔对称布置在0．66直径的圆上时，传输物质的容量传质系数最大。     

钢包底吹氩强度试验效果分析

本文通过对重钢钢炼钢厂钢包底吹氩强度的试验，研究了不同底吹氩强度对钢液湿度，成分均匀性和去除钢中夹杂物的影响，试验结果表明，钢包底吹氩强度保持包渣面亮圈300－400mm情况下。     

大型富氧底吹铜熔炼炉气-锍-渣多相流模拟及澄清区优化研究

铜富氧底吹熔炼作为先进的铜冶炼技术被广泛应用,针对国内单体最大铜底吹熔炼炉存在的熔炼效率低、渣含铜过高的问题,进行了底吹炉内气-锍-渣多相流场的三维数值模拟研究。以改善熔池搅拌、降低渣含铜为目标,对氧枪数量、熔池深度进行了优化。结果表明,改变靠近排渣端氧枪数量对延长澄清区长度、降低渣含铜具有显著的积极影响。关闭2支氧枪后,渣-锍澄清区相较于原工况延长了27.425%(0.925m),关闭4支氧枪后,渣-锍澄清区延长了50.165%(1.695m)。根据熔池搅拌区气含率和搅拌均匀性,得出熔池较优的深度范围为1.5～1.7m。     

Cold Simulation of Oxygen Transfer Rate in BOF

 By measuring the mass transfer coefficient of between water and oil, the oxygen transfer rate of bath in the BOF smelting process is researched, and the influence of top and bottom blowing gas flow rate on the mechanism of mass transfer between metal and slag is discussed. The results show that when the bottom blowing gas flow rate increases on the conditions of top blowing, the mass transfer rate evidently increases, and the influence ratio of top blowing on the mass transfer is 10 percent of bottom blowing; The relation among top gas flow rate, bottom gas flow rate and lance height are established by the stirring power density. The equation between the mass transfer coefficient between metal and slag is formed, which furnishes reference for optimizing process parameters of BOF. The relation between the emulsification ratio between water and oil and the bottom blowing gas flow rate on the condition of top and bottom blowing is obtained. The result shows that with the increase of the bottom blowing gas flow rate the emulsification ratio increases in linearity, which increases the mass transfer rate of benzoic acid between water and oil.     

钢包底吹氩均混时间及临界流量水模型实验

针对钢包底吹氩工艺,通过改变透气砖数量、单透气砖吹气位置、双透气砖夹角、喷吹气体流量、渣厚等参数,对钢包的均混时间进行了水模型实验研究.提出临界流量的概念,发现吹气量超过临界流量后均混时间明显减小.结果表明:单透气砖喷吹时,相同吹气量下偏心喷吹时的均混时间比中心喷吹时短,临界流量小;双透气砖喷吹时,透气砖夹角越大,均混时间越短,临界流量越小.     

120 t钢包底吹氩气物理模拟

为了优化国内某钢厂钢包的底吹位置和气体流量等工艺参数,更好地提高钢水洁净度,对120 t钢包建立1∶3水模型,模拟研究了底吹位置和气体流量对钢液混匀时间和钢渣覆盖情况的影响.结果表明,底吹位置不同时,混匀时间存在明显差异;随着气体流量增大,钢包混匀时间整体呈下降趋势,但减小幅度越来越小,吹气流量有最佳值;底吹位置为0....     

EBT区域底吹流量变化对电弧炉炼钢的影响

 电弧炉底吹是加速熔池流动、减少EBT区域死区、改善炼钢反应的重要手段,底吹流量变化会影响电弧炉熔池流动和冶金效果。利用Fluent软件研究了100 t电弧炉EBT区域附近不同底吹流量的熔池流动特性,发现当EBT区域底吹流量从100增加至150 L/min时,熔池平均流速提高18.03%,死区面积减少22.06%;当进一步增加至200 L/min时,熔池流速和死区面积变化幅度降低。在此基础上,通过100 t电弧炉炼钢试验研究了不同底吹条件下的冶金效果,发现底吹可显著降低电弧炉钢铁料消耗和石灰消耗,缩短冶炼周期,降低炉渣FeO质量分数和钢液碳氧浓度积;随着EBT区域底吹气体流量从100增加至150 L/min,冶金效果进一步得到改善。     

Cold model investigations into the effects of bottom blowing in metallurgical reactors

Cold model investigations were performed into bottom blowing involving two-phase and three-phase systems. The investigations – performed with interrelated variation of the test parameters: bottom nozzle arrangement, number of nozzles, eccentricity of the nozzles, blowing rate, geometry of the model reactor and addition of a slag simulation phase – reveal a series of specific vortex patterns in the bath. The most favourable overall degree of mixing is achieved with an eccentric triangular arrangement of the bottom nozzles. Increasing the number of nozzles on the one hand, and spacing the bottom nozzles further apart on the other, improves the flow conditions and thus the degree of mixing in the bath. Upwards of a certain critical blowing rate, sloshing occurs at the bath surface. This sloshing limit increases with increasing eccentricity of the bottom nozzles. The presence of slag reduces the mixing times while at the same time increasing the torus angular frequencies.     

钢包底吹液面产生液峰高度的水模型研究

对钢包底吹过程中液峰的高度变化规律朱力学模型实验研究的结果表明，底吹气体流量对液高度影响很大，不同底吹透气砖其产生的液峰高度，随包内渣层厚度的增加面降低；随包内浸罩深度的增加亦提高。     

Effects of BOF top blowing and bottom stirring conditions on suppressing excessive oxidation

Abstract

The effects of top blowing and bottom stirring conditions during steelmaking in a 6 t basic oxygen furnace (BOF) were investigated in studies with the aim of suppressing excessive oxidation. With low oxygen feed rate and high stirring energy, the apparent partial pressure of CO P′_CO was calculated from the equilibrium of carbon and oxygen in molten steel as being <1 atm. The relationship between top blowing/bottom stirring conditions and mass transfer at the slag/metal interface was analysed. It is proposed that mass transfer at the hot spot is significantly affected by the reaching rate of oxygen to the steel bath and bottom stirring. Mass transfer at the slag/metal interface, outside the hot spot, is sufficient to allow equilibrium to be attained in combined blowing BOF processes. Thus, the oxygen that is not consumed for decarburisation is distributed between steel and slag, i.e. deoxidation from steel to slag takes place, which makes it possible to obtain P′_CO <1 atm under atmospheric conditions. The decarburisation model developed based on the analysis reproduces the suppression of excessive oxidation under a decreased, top blown oxygen feed rate and is in good agreement with results from both 6 t BOF experiments and 350 t commercial BOF operation.     

VD真空精炼脱氢和脱氮过程的三维数值模拟

基于质量、动量守恒计算了真空脱气装置内流场,并结合反应热力学和动力学理论建立了真空精炼过程中脱氢、脱氮与流场耦合的三维数学模型,研究了不同工艺参数对VD脱氢和脱氮过程的影响。结果表明:钢包内流场对脱气过程中氢和氮浓度空间分布具有明显影响;脱氢和脱氮速率随底吹气量的增加而增大,终点氢和氮浓度随底吹气量的增加而减小;在实际生产中,应在避免发生卷渣的前提下合理选择吹气量;不同底吹方式对脱氢和脱氮过程影响明显,其中偏心底吹效果优于中心底吹,双底吹效果最好。