铁水罐吹气辅助脱硫扒渣数学物理模拟

论文摘要

某炼钢厂在喷吹颗粒镁脱硫工艺后,转炉回硫严重,其主要原因是脱硫后后吹搅拌时间短,铁水反应的均匀性得不到保证,造成脱硫后铁水硫含量低的假象;颗粒镁脱硫渣稀量小、不易扒除,高硫渣再次进入铁水。本课题针对这一问题,对铁水罐脱硫后吹气加强搅拌所需的混匀时间和侧吹辅助驱渣的效果进行了数模和物模的研究。物模研究以相似原理为基础,在铁水罐后吹实验中,对不同喷吹流量和不同枪位下的RTD曲线进行测定,分析各参数对混匀时间的影响,以确定合理的工艺参数;在铁水罐侧吹辅助扒渣实验中,对透气砖的布置方式、侧吹气体流量对驱渣效果的影响进行测定与分析。数学模型研究以物理模型实验为基础,采用PHOENICS商用软件,对顶枪后吹气体流量、枪位以及不同侧吹气体流量下的流场进行了数值模拟计算,得到了铁水罐内后吹、侧吹两相流的流场特征,通过分析确定了后吹搅拌及铁水罐侧吹辅助扒渣过程中合理的工艺参数,数学模型计算结果与物理模型实验结果相吻合。由研究结果分析得出:在铁水罐后吹工艺中,随着喷吹枪位的降低,喷吹气体流量的增大,混匀时间减短,罐内铁水的混匀效果就越好;在铁水罐侧吹驱渣工艺中,随着喷吹流量的增大,驱渣面积增大;相同的气体流量下,透气砖位置适当偏离罐嘴中心线,利于改善侧吹辅助扒渣效果。综合考虑现场情况,得到合理的铁水罐后吹工艺参数是:枪位275mm,气体流量170 m3/h～230 m3/h;侧吹气体流量34 m3/h～45 m3/h。透气砖位置在高度方向:距包底H mm,水平方向:偏离罐嘴中心线L mm弧长。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 铁水预脱硫技术
• 1.1.1 铁水预脱硫的意义
• 1.1.2 铁水预脱硫技术的发展
• 1.1.3 铁水预脱硫的技术优势
• 1.1.4 铁水炉外脱硫的经济分析
• 1.2 铁水罐扒渣技术
• 1.2.1 铁水罐扒渣工艺
• 1.2.2 铁水罐扒渣设备及其改进
• 1.3 冶金过程中物理现象的研究
• 1.3.1 物理模拟
• 1.3.2 数学模拟
• 1.4 课题背景及本文的主要工作
• 第二章 实验研究方法
• 2.1 物理模型的建立
• 2.2 模型参数的确定
• 2.2.1 工艺参数
• 2.2.2 铁水罐尺寸确定
• 2.2.3 喷吹流量的计算
• 2.2.4 混匀时间的测定
• 2.2.5 驱渣面积的测定
• 2.3 实验方案与装置
• 2.3.1 后吹混匀实验
• 2.3.2 侧吹辅助扒渣实验
• 2.3.3 实验装置
• 第三章 铁水罐后吹、侧吹辅助脱硫扒渣水模实验研究结果分析
• 3.1 铁水罐后吹实验结果与分析
• 3.1.1 铁水罐后吹RTD 曲线及混匀时间
• 3.1.2 喷吹流量对混匀时间的影响
• 3.1.3 喷枪枪位对混匀时间的影响
• 3.2 侧吹辅助驱渣实验结果与分析
• 3.2.1 驱渣面积
• 3.2.2 单喷吹条件下的驱渣效果分析
• 3.2.3 双喷吹条件下的驱渣效果分析
• 3.2.4 单、双喷吹驱渣效果对比
• 3.2.5 优化前后驱渣效果对比
• 3.3 小结
• 第四章 铁水罐后吹、侧吹辅助脱硫扒渣数模研究
• 4.1 数学模型的建立
• 4.1.1 基本假设
• 4.1.2 基本方程
• 4.1.3 边界条件
• 4.1.4 计算区域网格划分
• 4.2 模型求解方法
• 4.3 PHOENICS 软件简介
• 4.4 计算结果与分析
• 4.4.1 后吹不同工艺参数对流场的影响
• 4.4.2 侧吹对驱渣效果的影响
• 4.4.3 水模验证实验
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢