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铁水喷镁脱硫喷枪喷头结构优化研究

李欢  
【摘要】:在钢铁工业的生产中,用户对钢材的质量也提出了愈来愈高的要求,降低钢中硫含量的问题已经成为保证钢材质量和提高企业产品市场竞争力的主要手段。铁水预脱硫技术的广泛应用为我国铁水炉外脱硫提供了新的发展机遇,减轻高炉脱硫和转炉炼钢生产的负荷,有利于连铸生产顺行。镁脱硫法技术对提高预处理效率有着极大的意义,而现有的镁脱硫工艺中,由于镁的利用率低造成无法发挥出镁脱硫应有的水准。在喷镁脱硫过程中,了解和控制铁水罐内流场行为是提高镁的利用率的关键,而流场行为取决于脱硫喷枪喷头的设计,喷枪喷头的开孔方向、开孔位置关系、开孔个数以及开孔的截面积变化等因素对铁水罐内流场有着重要的影响。因此,研究并优化脱硫喷枪喷头结构是非常必要的。本课题在镁脱硫过程中使用喷枪的基础上,重新设计不同结构的喷头喷枪,分别采用物理模拟和数学模拟研究了铁水罐内流体的流动行为,优化了脱硫喷枪的喷头结构,得到了最佳的喷头结构。利用物理模拟的刺激一响应方法,研究了不同喷头结构(开孔方向、开孔位置关系、开孔个数以及开孔的截面变化)对铁水罐中流体流动状态的影响。研究结果表明,喷枪喷头结构为开孔方向为45。、开孔位置为偏心关系、开孔个数为2孔、开扩张孔,其混匀时间最短,在气体流量为1.5m3/h-3.0m3/h时,其值依次为20.66s、20.58s、15.87s、 15.79s,比原结构喷头的混匀时间缩短了1.68s-9.25s。。利用数值模拟的方法进行了最优方案和原方案喷枪喷头形成流场的性质分析。研究结果表明,最优结构喷头的流场的平均速度比原结构喷头的流场提高了0.0055-0.0070m/s,其平均湍动能提高了0.00052-0.00147m2/s2,而其死区区域降低了15.45%-18.34%,数值模拟计算的混匀时间与物理模拟的结果吻合良好。并在此基础上,进行了实际铁水罐内喷吹气体的气液两相流的数值模拟,计算结果表明,由以水模型实验基础之上建立的两相流模型,可以适用于实际铁水罐的数值模型计算,且原方案流场的平均速度和平均湍动能由0.107m/s和0.036m2/s2提升到0.124rn/s和0.077m2/s2,其死区区域由10.60%降到4.47%。


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