转炉顶吹气体射流的冲击特性

 利用Fluent软件研究了转炉炼钢不同枪位条件下的顶吹气体射流特性,并与理论计算结果对比分析。发现单孔氧枪数值模拟的冲击深度小于理论计算值、冲击面积大于理论计算值,且随着枪位的提高,冲击深度差值变小,冲击面积差值变大。在此基础上,研究了100 t转炉采用4孔超音速氧枪的射流冲击特性,发现当枪位为1.0 m时,冲击深度为0.21 m,冲击面积仅为1.328 m2,与计算值相差较大;当枪位提高至1.5 m时,冲击深度模拟结果为0.12 m,计算值为0.83 m,冲击面积模拟结果和计算值相差增大。     

转炉氧枪超音速射流速度衰减和分布参数的研究

基于湍流射流理论，对转炉氧枪超音速射流的速度分布特征进行了理论分析，首次得到其动量传递系数ｋｊ和断面速度分布系数λ〈２Ｒ＾２ｊ；由实验验得到λｊ＝２．０８６（１＋γ－１／２Ｍａ＾２））＾－１．ｋ＾２ｊ。     

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。     

210t转炉双马赫数氧枪超音速射流特性模拟与应用

针对某厂210 t转炉吹炼过程存在的氧枪喷头寿命低、喷溅严重、吹炼时间长、终点过氧化等问题,提出一种具备双马赫数的5孔拉瓦尔氧枪喷头优化设计方案,并通过建立计算流体动力学模型(CFD)对不同设计参数的氧枪喷头的超音速射流特性进行研究。基于氧枪喷头超音速射流速度、动压以及湍动能分布规律数值模拟结果,综合考虑转炉熔池搅拌控制要求,最终确定采用“中心拉瓦尔管Ma=2.0外围拉瓦尔管Ma=1.8、偏转角12°”设计方案。优选的双马赫数氧枪喷头在210 t转炉应用后,喷头寿命较传统单马赫数喷头提高10.42%,纯吹炼时间缩短10.87%,终点钢水O质量分数降低9.56%,终点炉渣TFe质量分数降低20.21%。     

超音速射流流场中湍流模型

为了确定适用于超音速射流流场数值模拟的湍流模型,首先从理论上分析常用的五种湍流模型之间的差异及其适用范围;其次,采用五种湍流模型,分别对不同马赫数下超音速射流流场进行数值模拟,将数值模拟结果与实测值和理论值进行对比分析.结果表明：剪切压力传输k-ω模型与其他模型相比,通过对输运方程的修正,保证其在计算射流流场时具有较高的准确性;在喷管内部和外部射流流场的模拟中,剪切压力传输k-ω模型的计算结果与理论值和实测值具有较高的吻合度,在五种湍流模型中最适合于超音速射流流场的数值模拟研究.     

预热温度对超音速氧气射流特性影响的数值模拟研究

超音速氧气射流特性是影响金属冶炼的重要因素之一。相同条件下,超音速氧气射流的特性会受到喷管入口氧气预热温度的影响。通过数值模拟的方法研究了不同预热温度条件下超音速氧气射流的特性,并与文献值进行了对比分析。结果表明：不同预热温度条件下,超音速氧气射流的速度,温度和压力沿轴向分布趋势相同,首先保持稳定,然后不断地衰减,最终趋于环境参数;与低预热温度相比,高预热温度条件下的超音速氧气射流的出口速度,温度和压力较大;随着预热温度的提高,射流的密度变小,导致射流稳定段的长度有所减小。     

环境压力对超音速氧气射流特性影响的数值模拟

超音速氧气射流技术是炼钢精炼过程中的重要环节,关于常压条件下超音速氧气射流的特性已进行了大量的研究,但对真空精炼过程中低压环境下的超音速氧气射流特性目前研究较少。通过数值模拟的方法研究了不同环境压力条件下超音速氧气射流的特性,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明：低压环境条件与高压环境条件相比,超音速氧气射流速度的衰减受到抑制,射流核心段的长度得到延长;不同环境压力条件下,射流压力与射流速度分布趋势一致,均沿轴向不断降低,但压力衰减程度大于速度衰减的程度;不同环境压力条件下,氧气射流的温度随着氧气射流的扩散不断升高,最终趋于环境温度。     

环境温度对超音速氧气射流特性影响的数值模拟

通过数值模拟的方法研究了不同环境温度条件下超音速氧气射流的特性,并与前人的实验结果进行了对比分析.研究结果表明：与低温环境条件相比,高温环境条件下超音速氧气射流的速度衰减受到抑制,射流核心段长度得到延长;不同环境温度条件下,氧气射流的温度随着氧气射流的扩散不断升高,最终趋于环境温度;射流的压力分布趋势与射流速度分布趋势一致.数值模拟得到的射流速度、温度和压力结果与实测值吻合度较高.     

雾化冲击射流冷却热轧钢板的研究

利用有限元耦合场数值模拟计算方法对热轧钢板雾化冲击射流冷却进行模拟计算,结果表明,在其它条件相同的情况下,单喷嘴喷射时,在上喷和下喷的喷嘴附近冷却能力相同;多喷嘴喷射时,横向存在二次冷却,钢板表面横向温度分布总体上呈现逐渐降低的趋势。     

圆形射流轴线压力分布实验研究

在圆形喷嘴亚音速和拉瓦尔管超音速出口轴心的压力测量中 ,均出现一负压值 ,而且负压值和出现负压的位置随流速的变化而变化。     

冲击射流作用下壁面压力分布特性的试验研究

通过冷态实验，研究了不同参数（Re，H／D，S／D）的冲击射流对壁面压力分布的影响。试验结果获得了为强化炉内对流传热诸参数的最佳值及其影响大小。     

转炉大流量氧枪喷头的设计研究

为提高宝钢转炉供氧强度,缩短吹炼时间,通过对现用喷头实验室测试和研究,设计出一种适合宝钢转炉的大流量氧枪喷头,设计供氧流量可达62000m~3/h。经转炉试用表明:大流量氧枪喷头设计合理,平均缩短供氧时间1.7min,适合于现在原料条件下高、中、低碳钢的冶炼,并具有化渣好、喷溅少、操作稳定等优点,终渣(T·Fe)略有下降,使用寿命接近日本进口喷头同期平均水平。     

干冰冲击在超音速火焰喷涂厚WC-Co涂层中的应用

超音速火焰喷涂过程中产生的残余应力会限制涂层的厚度。在研究中,为了获得高质量WC-Co厚涂层,在超音速火焰喷涂过程中采用了干冰冲击技术,这主要是由于干冰冲击对涂层产生了高效冷却和机械锤平。本研究采用X射线衍射,扫描电镜和能谱能对粉末和涂层得微观结构和相分布进行表征。此外,本文对涂层的硬度、抗滑动摩擦等性能也进行了研究。最后我们得出结论,干冰冲击能有效地细化晶粒尺寸,提高涂层硬度,致密度和抗滑动摩擦性能。本研究采用超音速火焰喷涂和干冰冲击联合的工艺方法喷涂WC-Co粉末,以提高冷却效率和喷涂过程中的类喷丸效应。该方法也可以用来制备厚的WC-Co涂层。本文还研究了涂层的微观组织、相组成和摩擦磨损性能。     

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。     

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。     

氧枪射流的一些研究结果

氧枪射流是复杂的具有逆向伴随流的非等温超音速组合射流,它的流动特性与众多的参数有关,极大地影响到氧气顶吹转炉的冶炼效果。本文介绍的仅是在等温条件下对氧枪射流流动特性所做的一些研究成果。     

南钢150t转炉供氧优化研究

利用CFD软件对南京钢铁股份有限公司150t转炉进行了三维超音速射流数值模拟。模拟结果表明:由于新氧枪产生氧气射流的高速射流段,射流半径和射流交汇情况比原氧枪有所改善;新氧枪的搅拌能力好,可以促进钢液中的传质、传热,加快冶炼节奏。     

超音速氧枪射流特性的数值模拟

利用GAMBIT建立了轴向计算长度2 200 mm和径向计算长度800 mm的超音速氧枪的数学模型,并采用FLUENT软件对氧枪射流特性进行数值仿真研究。分析了单孔氧枪超音速射流特性,以及操作压力(0.6~1.0 MPa)和环境温度(298~1 873 K)对流动特性的影响。结果表明,入口滞止压力在设计压力±25%内对射流轴向衰减及径向扩展影响不大,其与射流的超音速区长度呈二次曲线关系变化,随环境温度升高,射流轴向衰减变缓慢,核心区长度增加,超音速区长度和环境温度呈线性关系,环境温度对射流径向影响很小。     

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。     

多排密集圆孔气体冲击射流换热的实验研究

气体冲击射流的换热系数是设计喷气冷却装置必需的参数。本文采用实验方法研究了多排密集圆孔气体冲击射流的换热过程,主要考察了射流雷诺数ReD,普朗特数Pr,无量纲喷嘴间距Xn/d,无量纲喷射高度H/d和排气方式对平均对流换热系数的影响。实验结果表明:平均努谢尔数NuD随ReD数的0.69次幂增长,随无量纲数Xn/d的-0.269次幂和无量纲数H/d的-0.273次幂的方式减小,同时设置排气通道会显著提高换热系数。实验数据整理成平均努谢尔数NuD与ReD数、Pr数、无量纲间距Xn/d、无量纲喷射高度H/d的准则关系式,测量值与回归结果偏差在7%的范围内。得到的准则关系式与Martin公式比较,更适合于高开孔率的密集冲击射流。