鋼包狹縫式底噴粉元件研制及粉氣流行為特性研究.pdf

1、向熔池中直接噴吹粉劑因具有良好的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，此技術(shù)在鐵水預(yù)處理和鋼包精煉中得到普遍應(yīng)用。本文針對現(xiàn)有噴粉工藝存在噴槍價(jià)格高、二次氧化和吸氮嚴(yán)重及易引發(fā)重大生產(chǎn)事故等缺點(diǎn)，開發(fā)了適合于鋼包精煉底噴粉的噴粉元件，并對底噴粉過程粉氣流行為進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，為此新工藝應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。本論文主要的研究內(nèi)容及獲得的主要結(jié)果如下：
　　 (1)對粉氣流在狹縫內(nèi)的運(yùn)動機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值仿真研究，獲得了顆粒和氣流密度及速度、顆粒直徑和黏

2、度的定量關(guān)系，即(2pp+pg)dVp/dt=3apg(Vp-Vg)2-k/(2dp)(dp/v)-k+2pgg-2ppg，（式中：a和k為系數(shù)；V為速度，m/s;t為時(shí)間，s；p為密度，kg/m3；d為直徑，m;v為運(yùn)動黏度，m2/s；下標(biāo)p和g分別代表顆粒和氣體）及不同雷諾數(shù)下的解析式。研究結(jié)果表明：小顆粒只需極短的時(shí)間和距離加速就可達(dá)到99％的運(yùn)動終速VP(T)，在150m/s的氮?dú)饬髦?，直徑?.02mm石灰顆粒到達(dá)99％VP(

3、T)需要的時(shí)間和運(yùn)動距離分別為0.01s和1.04m，而直徑為2.00mm的石灰顆粒卻需時(shí)間和距離分別為1.34s和167.21m;顆粒運(yùn)動速度到達(dá)99％VP(T)后，微小的速度增加量所需的加速距離卻大量增加，0.02mm和2.00mm的石灰顆粒達(dá)到99.9％VP(T)所需的距離分別為2.17m和328.65m;同類顆粒增大直徑能縮短各自加速到穿透氣/鋼液界面的臨界速度所需運(yùn)動距離，0.20mm的石灰顆粒達(dá)到臨界速度所需加速距離為0.4

4、6m，而2.00mm石灰的加速距離為0.21m;同直徑的石灰、MgO、Fe2O3加速到99％VP(T)的運(yùn)動距離依次增加，而加速到各自得穿透臨界速度的運(yùn)動距離卻依次減小。
　　 (2)對底噴粉鋼液滲漏和粉劑堵塞的機(jī)理進(jìn)行了理論研究和冷態(tài)和熱態(tài)噴粉及5小時(shí)的磨蝕實(shí)驗(yàn)，提出了噴粉元件防止鋼液滲漏的狹縫厚度即d＜-4σcosθ/(pigh);防止粉料堆積得流化室夾角即a＜180°-2φ；防止粉料在狹縫內(nèi)堵塞的無導(dǎo)角狹縫。
　　

5、 (3)對底噴粉熔池的均混特性進(jìn)行了物理模擬，考察了底噴粉元件的噴嘴形狀、狹縫厚度、狹縫之間的距離、位置及氣體流量對熔池?cái)嚢璧挠绊懸?guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：氣體流量在(0.209Nl/s～0.523Nl/s)范圍內(nèi)圓孔噴嘴的均混時(shí)間短于狹縫噴嘴；單條狹縫在一定范圍內(nèi)(0.15～0.30mm×15.00mm,0.50～0.80mm×15.00mm)其厚度對熔池的均混時(shí)間影響可以忽略，但狹縫厚度增加到一定值后均混時(shí)間明顯增大，在本實(shí)驗(yàn)條件下，狹縫厚度

6、從0.30mm增大到0.50mm，熔池的均混時(shí)間增加了7.42s;狹縫之間距離為5mm下，相同出口截面積的雙狹縫噴嘴對熔池的均混時(shí)間略小于單狹縫噴嘴；無論是單條狹縫還是多狹縫，距中心1/2處噴吹熔池的均混時(shí)間是最小的，側(cè)部噴吹均混時(shí)間最長，二者最大差值達(dá)17.60s。
　　 (4)對粉劑穿透特性進(jìn)行了物理模擬研究，通過對狹縫厚度、噴吹位置、噴嘴形狀及空塔速度對粉劑穿透行為的研究發(fā)現(xiàn)：狹縫噴吹中，窄縫的粉劑穿透比高于寬縫，在本實(shí)驗(yàn)

7、中，窄縫的粉劑穿透比平均高出1.3％；空塔速度范圍為(10m/s～60m/s)底部中心和距中心1/2處單條狹縫噴粉的穿透比高出圓孔噴粉分別為4.21％和1.38％；空塔速度范圍為(10m/s～60m/s)距中心1/2處和側(cè)部位置單狹縫噴吹粉劑的穿透比高出底部中心位置噴粉分別3.68％和2.56％；狹縫噴粉的穿透比隨著空塔速度的增加先增加后減小，并存在一個(gè)最佳的空塔速度，在本實(shí)驗(yàn)條件下，底部中心和距中心1/2處的最佳空塔速度為50m/s，