铝粒尺寸及入炉高度对运动轨迹的影响

二次精炼过程中,铝是钢液进行脱氧及合金化的主要物料之一,但纯铝的密度小于钢液,能否穿越渣层与钢液接触及接触时间对铝的脱氧效果和钢中溶解铝的含量有直接影响。在忽略铝的熔化、溶解及化学反应的情况下,通过对铝粒运动过程受力分析,建立铝粒在气-渣-钢相内的三维运动数学模型,明晰铝粒尺寸及入炉高度对铝粒运动轨迹的影响。结果表明:在渣层厚度为70 mm且入炉高度为1~1.5 m的情况下,1 mm和5 mm的铝粒在渣钢界面处波动;入炉高度为1 m时,粒径为10 mm的铝粒停留在渣钢界面处,但在入炉高度为1.5 m及以上时可以进入钢液;20 mm及以上尺寸的铝粒可以进入钢液。在入炉高度为1 m时、30 mm尺寸的铝粒在钢液中的停留时间与深度相较于20 mm的基础上分别增加22.86%和50.00%;在铝粒尺寸为20 mm时、入炉高度为1.5 m时的铝粒在钢液中的停留时间与深度在1 m的基础上分别增加5.71%和10.00%。增加钢渣界面张力、减小钢铝界面张力或增加渣铝界面张力有利于铝粒进入钢液,而铝粒的尺寸大于20 mm,界面张力对铝块运动几乎没有影响;增大密度会使钢芯铝在钢液中停留更长时间,有利于钢液脱氧。

瞬态平面热源法加厚探头的数值模拟研究

瞬态平面热源法(TPS)的理论假设限制了该方法的使用场景,为此该文研究了加厚探头的导热系数测量精度并提出热容修正模型。利用COMSOL Multiphysics软件建立5501型探头的三维模型和增加镍丝厚度形成的加厚探头模型,根据模拟得出的温度历史数据绘制探头温升曲线,结合无量纲时间函数,迭代拟合得出待测样品的导热系数,并探讨加热功率及加热时间对加厚探头测量精度的影响。结果表明:由加厚模型得出的导热系数相对误差显著增大;随着加热功率的提高,材料导热系数测量误差减小;热容修正模型在测量不同材料时的修正幅度,与探头比热容相对待测材料比热容的大小呈正相关;使用热容修正模型后探头测量导热系数的相对误差在1.5%以内。研究证明提出的加厚探头结构及修正模型能够满足TPS法对导热系数测量精度的要求,同时提高探头强度使其适应较为复杂的使用环境。

基于热力学计算的含碱高炉渣碱容量研究

高炉排碱是影响高炉高效长寿的重要因素,通过实验难以模拟实际高炉的情况。FactSage软件是在对众多实验数据进行优化的基础上形成的最完备的热力学软件之一。本文基于热力学计算,系统研究了不同温度、压力、炉渣组分对炉渣碱容量的影响。结果表明:碱容量随着碱度、MgO、MgO/Al_(2)O_(3)、初始碱金属的增加而减小,Al_(2)O_(3)的影响则相反;随着碱负荷的增大,炉渣碱容量减小,但是炉渣中碱金属含量增加;碱容量随着压力的增大、温度的降低而增大;计算结果与实验结果一致。研究还发现碱度、MgO、MgO/Al_(2)O_(3)、初始碱金属和碱负荷对钾容量的影响大于对钠容量的影响,Al_(2)O_(3)的影响则相反;可以通过适当减小炉渣的碱度、MgO和MgO/Al_(2)O_(3),适当增加炉渣中的Al_(2)O_(3)和高炉压力,适当降低炉缸温度和及时排出含有一定量碱金属的炉渣等措施提高炉渣的排碱能力。炉渣组成、压力、温度、高炉煤气成分、碱负荷与碱分压之间存在一定的关系,这为高炉碱金属危害的防治提供了一个新的思路。

含碱金属氧化物的高炉渣硫容量研究

基于热力学计算,文章系统研究了不同温度和压力条件下CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-K_(2)O渣系的硫容量,并用其他学者的研究结果验证了计算方法的可行性。结果显示:硫容量随碱度、MgO含量、MgO/Al_(2)O_(3)、碱金属氧化物含量的增加而增大,随Al_(2)O_(3)含量的增加而减少;Na_(2)O的脱硫能力大于K_(2)O的;温度升高1℃,硫容量的增量为0.0034~0.0052,压力增大0.1 MPa,硫容量的减量为0.004~0.095。可以通过减小高炉压力和升高炉缸温度来提高炉渣的脱硫能力,建议在设计高炉时延长主沟长度。碱金属氧化物的存在会提高炉渣的脱硫能力,这在一定程度上能够减少碱性氧化物的使用。

长寿高炉炉缸和炉底温度场数学模型及数值模拟

高炉炉缸和炉底的寿命是影响高炉长寿的关键因素之一。实现高炉炉缸、炉底与高炉寿命同步的措施之一就是在高炉炉缸和炉底冻结一层渣铁壳。要想冻结渣铁壳,在高炉设计时应将1150℃等温线推离炉缸和炉底热面,这就需要计算高炉炉缸和炉底的温度场。为此讨论了目前应用于高炉炉缸和炉底温度场的一些数学模型,并在此基础上开发了通用的炉缸、炉底温度场计算软件。

高炉炉身下部及炉缸、炉底冷却系统的传热学计算

在高炉冷却器及炉缸、炉底热面凝结一层渣铁壳有利于防止炉衬侵蚀,延长高炉寿命。为了达到这一目的,需要设计无过热的铸铁冷却壁、铜冷却壁和板 壁结合冷却器以及无过热的炉缸和炉底。为此建立了高炉炉身下部冷却器及炉缸、炉底温度场的数学模型,应用C++语言在VC++集成环境下开发了高炉炉身下部冷却器及炉缸、炉底温度场计算软件。计算结果表明,通过优化炉身下部冷却器及炉缸、炉底的设计参数,能够确保在冷却器热面及炉缸、炉底热面凝结一层渣铁壳。目前,国内一些大型高炉的设计中已采用该软件。

“传热法”炉缸和“隔热法”陶瓷杯复合炉缸炉底分析

从传热学的角度出发,利用VC编制炉缸炉底温度场计算软件,对国内某些高炉进行了实例建模.模型计算结果和实际高炉热电偶温度数据吻合较好.据此对目前流行的“传热法”的高导热压小块炭砖炉缸和“隔热法”的陶瓷杯复合炉缸炉底的各自特点进行了分析,以实例为基础阐明了这两种结构的炉缸炉底延长高炉寿命的不同方法.指出在铁水和耐火材料之间低导热系数的“保护壳”存在,是不同设计延长炉缸炉底寿命的相同本质,并分析了这两种结构的炉缸炉底的不足.

高炉炉缸炉底合理结构研究

从传热学的角度出发,通过对炉缸炉底温度场的分析计算,论证了炉底全部砖层的热阻并不只是一个统一的整体,总热阻相同而结构不同的炉底,温度场分布也不同,阐明了全炭砖炉底和陶瓷杯复合炉缸炉底存在的弊端及其根本原因,进而根据铁水和冷却水的不同影响范围,提出“避热”和“扬冷”的概念。给出了“扬冷避热型梯度布砖法”的炉缸炉底设计,并经过计算分析论证了该类型的炉缸炉底利于可再生的“自保护”渣铁壳的形成和稳定存在,不但可以延长炉缸炉底的寿命,还可以降低其成本及热量损失。

高炉风口风量分配数学模型

建立了高炉风口风量分配数学模型,并提出风口流阻的计算公式.在总风量不变的条件下,计算了某5 500 m3高炉风口长度或者风口面积调整时,各风口风量、风速和鼓风动能的变化.结果表明增加风口长度或减小风口面积都将导致对应风口流阻增加.增加部分风口的长度,已调整的风口的风量、风速和鼓风动能降低.缩小部分风口面积,已调整的风口的风量降低;当缩小多个风口面积时,已调整的风口的风速、鼓风动能才能提高,并提出了其临界风口个数的计算公式.根据该数学模型,有利于掌握风口鼓风参数的变化规律,定量化调整风口的相关参数,维持高炉的稳定和顺行.

钒钛烧结矿还原粉化过程的矿相分析

低温还原粉化率RDI-3.15是评价烧结矿质量的一项重要指标,它会影响高炉焦比和产量。钒钛烧结矿的RDI-3.15高达60%以上,研究认为钙钛矿是造成RDI-3.15高的主要原因,但是随着钒钛烧结矿中钙钛矿含量的大幅降低,其低温还原粉化性能并未得到有效改善。本研究应用矿相分析法对比分析了普通烧结矿和钒钛烧结矿的微观结构差别,并观察了两种烧结矿在低温还原粉化前后的结构变化;发现骸晶状赤铁矿和气孔结构是发生粉化的主要区域,而钒钛烧结矿中存在大量的气孔结构,这是导致其还原后发生严重粉化的主要原因。调整成分以提高粘结相的流动性,有利于降低气孔率和骸晶状赤铁矿含量,并增加有效粘结相,从而可减少配碳量并降低烧结温度,限制铁酸钙的分解和钙钛矿等高熔点矿物的生成,增加强度较好的交织结构的数量。

高炉料流轨迹的数学模型

针对目前高炉料流轨迹计算的不足,本模型考虑了颗粒在空区下落过程中受重力、浮力及煤气曳力的作用,计算了炉料颗粒在溜槽和空区下落等阶段的运动轨迹.通过探讨不同炉料(焦炭、烧结矿、球团矿)在其粒径范围内的布料半径变化及煤气的曳力大小,分析了曳力对炉料落点的影响规律.结果表明:精确计算料流轨迹必须考虑煤气曳力的影响,不同密度、粒径及形状系数的颗粒在料面上落点各不相同,炉顶煤气流分布将影响高炉炉料的径向分布.

鼓风管对热风炉鼓风室气流分布的影响

利用计算流体力学方法研究了鼓风管数目和布置方式对高炉内燃式热风炉鼓风室内冷风气流分布的影响。由k-ε双方程湍流模型建立了数学模型,并采用SIMPLE算法进行计算。模拟结果表明:不论是单管鼓风还是双管鼓风,都存在着比较严重的“偏流”现象;中心单鼓风管鼓风比偏侧单鼓风管鼓风更有利于鼓风室内气流分布;对称双鼓风管鼓风比单鼓风管鼓风更有利于鼓风室内气流的均匀。

高炉炉料落点的确定

在实际装料时,不同密度、粒径及形状系数的颗粒在料面上的落点也各不相同。目前,文献在计算料流轨迹时存在忽略煤气曳力、密度选择不当或曳力公式使用有误等问题,与实际计算常有很大偏差。为此,针对目前料流轨迹计算存在的问题,准确考虑了颗粒在空区下落中所受重力、浮力及煤气曳力的作用,建立数学模型计算炉料颗粒在空区下落的运动轨迹。通过对不同炉料在其粒径范围内的布料半径变化及煤气对其曳力大小的讨论,正确考虑料流轨迹计算时煤气曳力的影响,为准确实现合理布料奠定基础。

区分和控制钾、钠对高炉冶炼的不利影响

通过对国内外多座高炉碱金属富集调研结果的统计分析,以及模拟高炉碱富集区域钾、钠对焦炭劣化影响的试验,发现碱富集区域钾蒸气在焦炭上的吸附能力和破坏性都远大于钠,认为高炉现场应严格控制入炉钾负荷,建议将高温下抗碱金属蒸气破坏的能力作为焦炭新增的质量指标,并提出了入炉碱金属上限值的计算公式。

关于高炉风口面积调节方法的探讨

通过建立高炉送风系统模型,模拟了风口尺寸对风口速度、流量和鼓风动能的影响,纠正了高炉操作认识上的一些错误。研究表明,缩小少数几个风口面积会减小鼓风动能,但却增大了其它风口的鼓风动能;只有减小多个风口的面积,才会增大所有风口的鼓风动能。减小少数几个风口的操作之所以能抑止边缘气流是其风量明显减少所致。

基于死焦堆受力模型的高炉炉缸炉底温度差异

调研国内2座大型高炉,发现炉缸与炉底温度关系存在差异,高炉A炉缸、炉底温度变化趋势相反,而高炉B炉缸与炉底温度变化趋势一致。利用死焦堆受力平衡模型,分析国内4座高炉的死焦堆浮起状态、炉缸炉底温度或者侵蚀的差异。研究结果发现,高炉内部死焦堆浮起高度会影响炉缸侧壁、炉底温度关系,进而影响其侵蚀形貌。高炉A死焦堆浮起高度明显大于高炉B死焦堆浮起高度,导致高炉A和B炉缸、炉底温度变化关系不一致。渣液面高度和死焦堆的空隙率会影响死焦堆的浮起高度,分析不同因素导致空隙率减小时的死焦堆浮起状态。死焦堆沉坐炉底时,炉缸、炉底温度变化趋势相反;死焦堆小幅度浮起时,炉缸、炉底温度变化一致;死焦堆大幅度浮起时,炉缸、炉底温度变化趋势相反。

高炉冷却壁及炉缸炉底工作状态在线监测

重点阐述高炉冷却壁及炉缸炉底在线监测系统各部分的特点、功能及应用效果。认为实时采集冷却水温和热电偶温度,选取合理的温度场计算模型,引入并完善"侵蚀及结厚诊断知识库",开发"正反问题"相结合的侵蚀计算方法,以提高模型的自适应能力,使计算结果和实际生产更加吻合,是实现高炉冷却壁及炉缸炉底在线监测的关键。

长寿高炉炉底传热学分析

高炉侵蚀归根结底是动量传输、热量传输和质量传输这三传的问题。如果炉底热面凝结一层渣铁壳,将有利于高炉长寿。目前,虽然已经有了许多数值求解三维导热微分方程的软件,但对于设计人员来说,快速评估所设计炉底热面能否形成渣铁壳有重要意义。笔者利用一维温度场分析(热阻分析)方法,通过炉底各层对冷却水冷却能力及1 150℃等温线的影响,估测渣铁壳的形成。最终得到影响炉底侵蚀的限制性环节,为优化高炉炉底结构设计,提高高炉寿命奠定理论基础。

太钢高炉炉底炉缸长寿探讨

通过分析计算确定了太钢3号高炉侵蚀预测数学模型。为了保障高炉生产的安全,根据太钢3号高炉热电偶历史最高数据预测了炉缸炉底侵蚀状况。同时应用该软件分析铁水流动、耐材导热系数、死铁层深度和高炉异常对炉缸炉底的侵蚀影响,并得出炉缸炉底长寿的若干推论,对评价目前侵蚀状况和护炉及未来太钢长寿高效高炉的建设提出若干参考意见。

精炼时利用小气泡搅拌去除钢液中的氢和夹杂物

通过理论计算研究和分析了钢液气泡直径、吹气量和吹气时间对精炼时去氢和夹杂的影响。氩气经透气砖进入钢液后会形成大量的气泡,小气泡在钢液中能有效地增大脱气面积,有利于减小钢液中的氢含量。夹杂物与气泡的粘附上浮是钢液中去除夹杂物的一种有效方式,气泡越小、夹杂物越大,夹杂物就越容易去除。在钢包精炼过程中,应使用小气泡来达到较好的去氢和去夹杂效果,气泡的最优直径为1～3 mm。