钢包狭缝式底喷粉元件研制及粉气流行为特性研究-钢铁冶金专业论文.docxVIP

Supervisor：Professor Supervisor：Professor Zhu Miaoyong Northeastern University December 2007 ?aF黯 川 缸， ? a F 论文中取 论文中取 发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作～：商承、 El 期：幻移．弓·弓‘ 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 (如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期： 自哩 自哩‘， iaz ‘凰 摘要特性研究 摘要 特性研究 i—■ 』 向熔池中直接喷吹粉剂因具有良好的热力学和动力学条件，此技术在铁水预处 t 理和钢包精炼中得到普遍应用。本文针对现有喷粉工艺存在喷枪价格高、二次氧化 巳 和吸氮严重及易引发重大生产事故等缺点，开发了适合于钢包精炼底喷粉的喷粉元 件，并对底喷粉过程粉气流行为进行了理论和实验研究，为此新工艺应用奠定理论 ▲ 基础。本论文主要的研究内容及获得的主要结果如下： (1)对粉气流在狭缝内的运动机理进行了数值仿真研究，获得了颗粒和气流密 度及速度、颗粒直径和黏度的定量关系，即(2矿砧d陟3嘣％-嘲2k／(2dp)(ap／v)。七 +2pgg一2ppg，(式中：口和k为系数；y为速度，m／s；t为时间，s；p为密度，kedm3； d为直径，m；v为运动黏度，m?／s；下标P和g分别代表颗粒和气体)及不同雷诺 数下的解析式。研究结果表明：小颗粒只需极短的时间和距离加速就可达到99％的 运动终速炸(1’)，在150m／s的氮气流中，直径为0．02mm石灰颗粒到达99％诈(T)需 要的时间和运动距离分别为0．01s和1．04m，而直径为2．00mm的石灰颗粒却需时间 和距离分别为1．34s和167．21m；颗粒运动速度到达99％Vp(T)后，微小的速度增加量 所需的加速距离却大量增加，0．02mm和2．00ram的石灰颗粒达到99．9％Vp(T)所需的 距离分别为2．17m和328．65m；同类颗粒增大直径能缩短各自加速到穿透气／钢液界 面的临界速度所需运动距离，0．20mm的石灰颗粒达到临界速度所需加速距离为 0．46m，而2．00mm石灰的加速距离为0．21m；同直径的石灰、MgO、Fe203加速到 99％Vp(T)的运动距离依次增加，而加速到各自得穿透临界速度的运动距离却依次减 小。 (2)对底喷粉钢液渗漏和粉剂堵塞的机理进行了理论研究和冷态和热态喷粉及 5小时的磨蚀实验，提出了喷粉元件防止钢液渗漏的狭缝厚度即水．40cos刮(,otgh)； 少Ⅳ夕 防止粉料堆积得流化室夹角即a1800--2矽；防止粉料在狭缝内堵塞的无导角狭缝。 (3)对底喷粉熔池的均混特性进行了物理模拟，考察了底喷粉元件的喷嘴形状、 狭缝厚度、狭缝之间的距离、位置及气体流量对熔池搅拌的影响规律，结果发现： 气体流量在(0．209N1／s-一0．523NFs)范围内圆孔喷嘴的均混时间短于狭缝喷嘴；单条狭 缝在一定范围内(O．15~0．30mmxl5．00mm，0．50-42．80mmxl5．00mm)其厚度对熔池的均 ·IT· 东北大学博士学位论文 东北大学博士学位论文 摘要 混时间影响可以忽略，但狭缝厚度增加到一定值后均混时间明显增大，在本实验条 件下，狭缝厚度从0．30mm增大到0．50mm，熔池的均混时间增加了7．42s；狭缝之间 距离为5mm下，相同出口截面积的双狭缝喷嘴对熔池的均混时间略小于单狭缝喷嘴； ● 无论是单条狭缝还是多狭缝，距中心1／2处喷吹熔池的均混时间是最小的，侧部喷吹 —入 I 均混时间最长，二者最大差值达17．60s。 ’ (4)对粉剂穿透特性进行了物理模拟研究，通过对狭缝厚度、喷吹位置、喷嘴 形状及空塔速度对粉剂穿透行为的研究发现：狭缝喷吹中，窄缝的粉剂穿透比高于 J 宽缝，在本实验中，窄缝的粉剂穿透比平均高出1．3％；空塔速度范围为(10m／s,-,60m／s) 底部中心和距中心1／2处单条狭缝喷粉的穿透比高出圆孔喷粉分别为4．21％和 1．38％；空塔速度范围为(10rn／s-60m／s)距中心1／2处和侧部位置单狭缝喷吹粉剂的穿 透比高出底部中心位置喷粉分别3．68％和2．56％；狭缝喷粉的穿透比随着空塔速度的 增加先增加后减小，并存在一个最佳的空塔速度，在本实验