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重钢转炉复吹的模拟研究

作　者: 周远华
导　师: 陈登福
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 转炉复吹供气强度模型实验矫型模化数值模拟堵塞
分类号: TF721
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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引　用: 4次
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内容摘要

以重钢不同炉役期的转炉尺寸为依据,根据相似理论,设计制作1:8的复吹转炉模型、顶(底)喷枪的等温模拟模型。首次在模拟时考虑了转炉内气体喷出后温度升高而膨胀的非等温流动问题,并设计制作了顶(底)喷枪的非等温矫型模化模型。通过冷态模型实验,研究了底吹供气强度对熔池搅拌混匀时间的影响、底吹喷枪堵塞问题对熔池搅拌混匀时间的影响,探讨了“钢-渣-气”乳化时的搅拌混匀问题、各因素对熔池喷溅量的影响、对熔池冲击深度的影响、熔体对砌体的冲刷作用。实验结果表明:(1)采用完全几何相似的等温模拟方法实验,得出重钢转炉在整个炉役期内,合理的底吹供气强度在0.06～0.11m3/min.t范围内变化;而矫形模化方法实验,得出的底吹供气强度比完全几何相似模拟所需的底吹供气强度小,为0.04m3/min.t左右,且受枪位的变化和冶炼过程中不同时期(“钢液”和“钢+渣”)的影响较小。(2)各种有底吹搅拌(全开和有部分堵塞)时的顶底复吹均比全堵(即只有纯顶吹)的混匀时间短,说明顶底复合吹炼的搅拌及冶金效果比纯粹的顶吹要好。顶底复吹时,当底吹喷枪有部分堵塞的偏心底吹搅拌效果比对称底吹搅拌的效果好,单一底吹搅拌作用效果最好。(3)顶底复吹时,基本枪位下操作对熔池的搅拌混匀效果最好,混匀时间最短。在基本枪位以上一定范围内,混匀时间有所增加但增加不大。操作枪位过低,所需的混匀时间较长。(4)在冶炼过程进入氧化脱碳期,“钢+渣+气”三者形成乳化熔体时,底吹供气强度或顶枪枪位等对熔池的搅拌混匀作用的影响比冶炼初期(“钢液”或“钢+渣”)弱,主要是因为在此阶段顶吹气流的搅拌作用和反应所形成的气体等的搅拌效果更强而占主导地位,搅拌混匀时间明显缩短。(5)在基本枪位下,复吹转炉的底吹供气强度对喷溅量的影响不大,但过强的底吹供气强度会使复吹转炉的喷溅量增加。喷溅量随枪位的提高而增加,但当枪位提到一定程度继续提高枪位,顶吹气流对熔池的冲击能量下降,喷溅量降低。(6)“钢+渣”乳化的情况下,流体对炉壁的冲刷作用明显高于相同位置处“钢液”的情况,而形成“钢+渣+气”乳化液后,顶吹气流引起的搅动对炉底的冲刷作用减弱,对炉壁(液位附近)的冲刷最严重。建立了转炉复吹的数值模拟计算模型,利用PHOENICS V3.3软件对转炉熔<WP=5>池内的流体流动进行了数值模拟,结果指出:(1)在本模拟条件下,转炉熔池底部中心是底吹搅拌的死区,在“死区”中钢液流动迟缓,动力学条件差,将成为影响底吹搅拌混匀条件的限制性环节。(2)当转炉生产进入中后期,在转炉炉底周边存在流动迟缓的“死区”,如果部分底吹喷枪被堵塞,底吹气流在转炉熔池内会引起非对称(扰动)流动。(3)在转炉顶吹熔池底部中心,特别是熔池中上部距转炉轴中心0.5～0.7倍半径的区域相对于其它区域,形成了速度小流动迟缓的旋涡区、其动力学条件差,是顶吹搅拌的“死区”,在实际生产中应设法减少或消除该流动死区。(4)复吹熔池内各截面上流动速度的总体分布与顶吹熔池的情况相近,但复吹熔池内的流动速度比顶吹时大,搅拌更强,对炉墙的冲刷作用也强得多。数学模拟说明,虽然底吹流股的流量、速度等参数相对于顶吹流股的对应参数小得多,但在熔池中所起的作用非常明显。重钢炼钢厂采用转炉复吹工艺进行试生产研究,已取得初步效果,可创直接经济效益2.17元/吨。本文的研究结果对转炉不同炉役期复吹工艺的制定具有一定的指导意义,还可根据底吹喷枪的工作状况调整和优化复吹工艺,以期取得更好的经济效益。

重钢转炉复吹的模拟研究

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