气泡尾流去除钢液中夹杂物机理的水模型研究

采用水模型和高速摄像机研究了气泡尾流去除夹杂物的过程,分析了气泡尾流去除夹杂物的规律和气泡大小及夹杂物的尺寸和浓度对气泡尾流去夹杂的影响。结果表明,气泡尾流有利于促进夹杂物上浮;气泡尾流中存在尾流边界区和上升区;尾流去除夹杂物的过程分为3个子过程:(1)夹杂物靠近和进入气泡尾流边界区产生扰动;(2)进入气泡尾流上升区和(3)夹杂物继续上升或脱离气泡尾流上升区;气泡直径D_b和粒子浓度C_p增大有利于尾流去夹杂;粒子直径D_p越小越容易被尾流去除。     

表面曝气反应器中气泡尺寸分布测量

合理处置矿山开采过程中产生的废水是绿色矿山建设中必要且重要环节,表面曝气处理废水有助于节约能耗。本研究开展了表面曝气反应器内气泡局部性质分布的测量,将为反应器准确设计奠定基础。采用新研制的侵入式远心照相多相测量仪,对表面曝气反应器内气泡直径分布进行了系统测量,进一步获得了相界面积和气含率分布,重点考察了轴向位置和搅拌转速2个因素。研究结果表明:与相同转速下分布器供气的气液搅拌反应器相比,表面曝气反应器中气泡尺寸更小;沿轴向逐渐远离液面,气泡尺寸逐渐减小,同时气泡数量也逐渐变少;随着转速增大,吸入气泡增多,平均气泡尺寸变大。为了强化表面曝气反应器内气液分散过程,采用浅层床设计,同时在功率允许范围内可适当提高转速。本研究将为绿色矿山废水高效处理提供一种新的选择。     

板坯结晶器水模型内气泡运动行为的数学模拟

建立了吹氩板坯结晶器水模型内气泡运动行为的数学模型.以水模型实验获得的整个结晶器内各气泡尺寸和数量浓度为气泡的初始条件,对不同尺寸气泡的运动行为进行数值模拟.结果表明:当水流量为2.54 m3/h,气流量为0.037m3/h,水口浸入深度为78 mm时,气泡都分布在上回流区,没有卷入下回流区.较大的气泡在水口附近上浮,较小的气泡在距离水口较远的区域上浮.这和实验结果相吻合.     

通过气泡上浮除去钢水中夹杂物的水模型研究

夹杂物会对钢质量产生有害影响。除去钢水中尽可能多的夹杂物是炼钢操作的主要目的之一。冶金科技界开发了许多方法来除去钢水中的夹杂物。喷吹气体通常用于二次精炼和连铸过程。例如：钢包氩气处理、RH真空脱气以及通过连铸结晶器的浸入式水口喷吹气体。这些工艺的开发主要为了创造两个条件：细小气泡和混合良好。细小气泡提供大的气，液界面以及夹杂物与气泡接触的机率大。混合好可提高杂质传递的效率。     

NiFe_2O_4基惰性阳极的润湿性及气泡析出行为

利用座滴法和双室透明电解槽对NiFe2O4基惰性阳极的润湿性和气泡析出行为进行研究。结果表明,电解质对NiFe2O4基惰性阳极的润湿性要优于碳素阳极。在低电流密度情况下电解,阳极气泡的析出是一个动态过程,它先在阳极表面形核,以球形方式长大,小气泡在长大过程逐渐汇聚偏移,然后逸出。惰性阳极上析出的气泡尺寸比碳素阳极小,在阳极上的逗留时间也更短。大电流密度情况下,气泡的生成速度加快,尺寸降低,很难准确测量气泡的直径。     

顶吹转炉水模型炉渣和钢液分布的分形研究

通过对顶吹转炉二维水模型模拟实验,研究了顶吹过程中炉渣与钢液的混合情况。应用分形理论对炉渣在钢液中分布的分维数及无量纲面积进行了计算,为渣一金反应界面积的计算提供了一种新方法。实验结果表明：吹炼过程中,炉渣在钢液中的分布存在形变区和分裂区;枪位、气体流量及渣一金比对炉渣分布的影响较大;并得到了枪位、气体流量及渣金比三者对分散相炉渣分布分维数的影响及分布分维数对渣金反应界面无量纲面积影响的经验关系式。     

高压底吹条件下钢液中气泡的物理模拟

为了推断高压条件下气体在液体金属中的存在形态和运动形态,通过水模拟试验研究压强、底吹流量对气泡形状、尺寸、数量及"渣眼"尺寸的影响,结果表明:随着底吹流量增加,高压条件下的气泡比常压条件下的气泡更趋向于正圆形,气泡直径平均值变小,气泡数量增多,气泡形状和直径在底吹流量为4 L/h时变化最为明显;当底吹位置和底吹流量不变时,随着压强的增加,气泡形状逐渐趋向于正圆形,气泡直径逐渐变小,气泡数量逐渐增多,"渣眼"面积逐渐减小。在常压和高压条件下,底吹流量超过5 L/h之后,气泡形状和直径平均值就不再有明显变化。当底吹流量为4 L/h时,压强升高到0.5 MPa后,气泡形状和直径平均值变化幅度较小。为高压条件下冶炼提供数据参考。     

连铸结晶器气泡粒径影响因素的水模型实验研究

为了研究连铸结晶器内气泡的分布规律及影响因素,利用水模型实验研究了板坯连铸结晶器内的气液两相流动,并采用图像分析软件分析了不同吹气口、水流量、吹气量、插入深度和水口倾角对结晶器内气泡粒径的概率分布和平均粒径的影响.结果表明:气泡的平均粒径随吹气口孔径、吹气量和水口倾角的增大而增大,随着水流量的增大而减小.发现不同吹气口、水流量和吹气量对气泡粒径的概率分布及平均粒径的影响较大,插入深度和水口倾角的影响较小.     

脉冲电流作用下钢液中TiN粒子长大模型

Ti微合金钢在连铸过程中常常会产生粗大TiN析出物导致水口蓄流等问题,而脉冲电流会影响TiN粒子的尺寸大小。建立脉冲电流作用下静态钢液中TiN粒子长大的动力学模型,通过试验数据对模型进行修正,并基于模型探讨电流强度和冷却速率对钢中TiN粒子尺寸的影响。结果表明,相同温度下,钢液中TiN粒子尺寸随电流增大而减小;相同电流下,TiN粒子尺寸随钢液降温过程的进行逐渐减小,降温时间越久其尺寸越小。脉冲电流可有效抑制钢中TiN粒子的长大,且电流强度越大、通电时间越久,抑制效果越好。模型计算结果与试验数据基本吻合,验证了模型的有效性。研究结果为通过脉冲电流实现钢中TiN析出物尺寸的控制提供了理论基础。     

单嘴精炼炉真空处理过程气泡行为及冶金效果研究

根据相似理论,以钢厂80 t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟了单嘴精炼炉内气泡行为,分析了吹气流量(2～10 L/min)、吹气塞直径(15～30 mm)对气泡行为、混匀时间的影响。水模拟结果表明,随吹气流量增加,混匀时间减少,但吹气流量≥6 L/min,混匀时间没有显著变化;在相同吹气量下,吹气塞直径增加,混匀时间减少。实验研究基础上,在80 t单嘴精炼炉上进行了超低碳钢的生产试验,结果表明单嘴精炼炉在18 min脱碳时间内,钢中碳含量可降到10×10^-6;脱硫剂消耗4 kg/t的情况下,成品钢中S含量为(20～30)×10^-6,脱硫率平均达49%;吹氩强度平均为4 L/(t·min),是相同吨位RH的25%。     

CSP结晶器内钢液流动的水模型研究

采用1:1水力学模型对厚度60 mm薄板坯连铸水口浸入深度220～310 mm、出口角度-30°～-60°、拉速4.2～6.0 m/min条件下CSP结晶器内钢液流动行为进行模拟研究。在拉速4.2～5.0 m/min时双侧孔水口下CSP结晶器流场股流冲击深度达850～1010 mm;流场内存在三个滞区,液面波动不稳定;水口角度对结晶器窄面和水口附近波动影响很显著,拉速对结晶器和窄面中心处波动影响较大,浸入深度对水口附近波动影响较大。     

145 t RH真空精炼装置内钢液循环流动特性的水模型研究

基于相似原理,建立几何相似比1:7水模型研究了145t RH真空精炼装置内钢液循环流动行为,研究了提升气量(60~140 m³/h) 、浸渍管浸渍深度(400~600 mm) 、真空室液面高度(426~526 mm)对钢水循环流量和混匀时间的影响。结果表明,循环流量随提升气量增加而增大且呈近似线性关系,混匀时间随提升气量增加而呈非线性减小;500 mm的浸渍管浸渍深度和526 mm的真空室液面高度下均出现较理想的循环流量;130 m³/h提升气量、600 mm浸渍管浸渍深度和526 mm真空室液面高度可获得最佳循环流动特性。     

板坯连铸机结晶器钢液卷渣的水模型研究

针对安钢超低头板坯连铸机结晶器液面卷渣现象 ,用 0 6∶1 0水模型 ,研究了水口浸入深度 30mm、6 0mm和 110mm时 ,铸坯拉速 1 0～ 0 7m min、水流量 2 6 2 4～ 18 4m3 min范围内水口浸入深度、拉速对结晶器内钢液卷渣程度的影响。提出卷渣指数J =V·h (t·H) ,式中V 拉速 ;h 1 10大波值 ;t 开始卷渣时间 ;H 水口浸入深度。结果得出 ,为防止安钢板坯结晶器液面卷渣 ,当水口浸入深度为 110mm时 ,拉速应≤0 90m min ;浸入深度 6 0mm时 ,拉速应≤ 0 85m min ;J应 <1 37× 10 - 2 mm s2 。     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

板坯连铸结晶器水模内气泡运动的实验研究

使用高速摄像仪采集了板坯连铸结晶器水模内气泡运动的图像，对图像进行了数字处理．结果表明，含气率在结晶器流场内上回流区和射流区呈现“L”形分布；在下回流区呈“V”形分布．本实验条件下气泡的算术平均直径为2．6mm，不同气量对气泡大小分布几乎没有影响．分区域讨论气泡的表观速度分布比全流场研究更加合适．     

转炉水模分散相尺寸分布的分形表征

 运用图像处理方法获得了分散相粒径和分散相几何特征,建立了一个用几何特征计算分散相分布分形维数的数学模型。数据图像的提取来源于模拟转炉吹炼过程的二维水模型,主要利用高分辨率数码相机采集数据,通过图像处理软件对得到图像中分散相进行提取与粒度计算,应用粒度分布分形维数模型,研究了在硬吹和软吹条件下顶吹转炉钢滴分散相粒度分布与边界条件的关系,证明了粒度分布分形维数数学模型的合理性。     

吹氩连铸中间包内钢液流动特性的水模型实验研究

建立了模拟连铸中间包底吹氩流动过程的水模型.通过测定分析水模型的RTD（停留时间分布）曲线研究了吹气流量、吹气位置及控流元件对中间包内流动特性的影响规律,并对此进行优化.结果表明：条形透气梁安放位置对中间包内的流动特性影响最为显著,均匀开孔的多孔挡墙和条形透气梁喷吹氩气二者的配合使用能获得理想的流动特性.     

单嘴精炼炉真空处理过程钢液流动行为模拟研究

根据相似理论,以国内某厂80t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟了单嘴精炼炉吹气流量、吹气位置等工艺参数对混匀时间的影响.在水模型研究的基础上,通过数学模型仿真计算分析了不同吹气流量、吹气位置对单嘴精炼炉内流场的影响,数值计算结果与试验结果吻合较好.研究结果表明:吹气流量为6L/min、吹气位置γ/R为0.5范围内有利于缩短...