NUMERICAL SIMULATION ON FLOW AND MIXING PROCESSES IN BOTTOM BLOWN LADLES

An improvement on the flow and mixing conditions in bottom blown ladles may be made by either shifting the nozzle from centre to off-centre or changing from one to two nozzles. Thus the shorter time for homogeneous mixing in ladle seems to be available.

底吹炉下料口炉结智能化处理机器人系统研究与应用

富氧底吹熔炼是国际先进的一种主流熔炼技术,底吹熔炼炉在熔化过程中,炉膛内的跳渣会导致下料口处形成炉结,影响物料进入炉体的流动。现有的炉结处理方法是人工根据运行情况不定期地对入料口进行清理,现场作业环境温度高、粉尘大、工人劳动强度大。阐述了一种机器人系统,能完成底吹炉下料口炉结的智能化处理,系统基于视觉AI感知、三维建模和力控传感等多技术融合的特种机器人清理技术,通过自主研发设计的末端力控风镐完成下料口炉结的清理作业,并已在湖南某铅冶炼厂现场运行。本系统对于底吹炉下料口炉结的识别准确率高,处理炉结的效率快、一致性好,有效减少了炉结的形成及下料口堵塞,提高了富氧底吹熔炼的整体效能和作业的安全性。

降低铅冶炼底吹炉高铅渣含硫量的生产实践

某铅冶炼厂采用“富氧底吹氧化-氧气侧吹还原”工艺进行粗铅冶炼,底吹炉产出的高铅渣含硫量较高,达到1.3%~1.6%,对后续尾气脱硫系统造成一定影响,环保处理成本升高。为了解决该问题,本文结合理论和生产实践分析了铅冶炼底吹炉高铅渣含硫高的主要原因。高铅渣中的硫主要以硫酸根形态存在,这些硫酸根一部分来自入炉物料中的硫酸盐类铅物料,另一部分则是在熔炼过程中由硫化铅精矿发生氧化反应生成的。降低高铅渣含硫量的主要途径是提高熔池熔炼的温度和降低系统中SO_(2)的分压。结合生产实践从渣型、氧料比、入炉粒矿含硫、系统SO_(2)分压等方面探讨了降低底吹炉高铅渣含硫量的途径和方法。在含铅渣料搭配比例30%左右,控制渣温1050~1100℃,控制渣型FeO/SiO_(2)1.4~1.8,CaO/SiO_(2)0.4~0.6;氧料比100~110 Nm^(3)/t,入炉粒矿有效硫12.5%~13.5%及适当负压等相关工艺参数组合条件下,可使高铅渣残硫保持在1.2%以下。

铜精矿富氧底吹熔池熔炼炉炉寿控制与生产实践

铜精矿在富氧底吹熔池熔炼炉中的炉寿控制工作,对铜冶炼生产企业经济发展至关重要。通过控制熔炼炉寿命,可以降低铜冶炼的生产成本,为生产系统的组织与计划优化创造先决条件,满足高效率生产要求。本文深入讨论目前影响熔炼炉设备寿命的主要因素,并对熔炼炉设备的内部内衬结构进行了详细分析。最后,提出了主要的生产实践方法,旨在帮助铜冶炼生产企业降低生产成本、延长设备寿命,希望获得更可观的生产经济收益。

基于IPSO-BP神经网络的富氧底吹铜熔炼炉喷枪寿命预测模型

富氧底吹铜熔炼炉喷枪是整个熔炼炉中最重要的部件,并且造价高,易损坏,工作环境恶劣复杂,对其进行准确的寿命预测比较困难。提出了一种基于IPSO-BP神经网络的寿命预测模型,粒子群优化算法解决了BP神经网络容易陷入局部极小值和训练速度慢的问题,优化的粒子群算法优化了惯性权重和学习因子,进一步加快了训练速度和搜索速度,提高了BP神经网络跳出局部极小值的能力。以工作环境中容易对喷枪寿命造成影响的因素作为输入,喷枪寿命作为输出,通过实际生产采集的数据做验证,并与BP神经网络和PSO-BP神经网络预测模型作对比。结果表明,本文构建的寿命预测模型预测效果比BP神经网络和PSO-BP神经网络的预测更加准确,精度更高,该预测模型为富氧底吹铜熔炼的喷枪寿命预测提供了一种方法借鉴。

喷吹方式对大型铜熔炼底吹炉流动特性影响研究

基于计算流体力学方法,采用VOF多相流模型和Realizable k⁃ε湍流模型,对不同喷吹方式的大型底吹炉流动特性进行模拟,分析了预稳过程、喷吹气体运动特征、气⁃锍⁃渣相互作用特征以及熔池混合效果。结果表明,大型底吹炉的双枪喷吹由枪座上的两支氧枪共同形成一个叠加的气动搅拌区,其内部存在显著的气⁃锍⁃渣相互作用,为大型底吹炉提供良好动力学条件。9°双枪喷吹混合效果较佳,熔池气含率达到2.70%,平均速度为0.20 m/s,平均湍动能为0.059 m^(2)/s^(2),熔池内部扰动剧烈并且熔体喷溅较少,有利于提高熔炼效率。

考虑液位波动的钢包底吹工艺优化实验

为了探究钢包底吹工艺对混匀时间及液位波动的综合影响,以某厂30吨钢包为原型,采用水模实验方法考察底吹气流量及底吹位置对钢包混匀时间、液位波动的影响规律。实验结果表明,随着底吹气孔到中心距离的增加,混匀时间先缩短后增加,混匀时间最短的位置是0.6r,400 L/min时的混匀时间仅为65 s。混匀时间随吹气量的增加而缩短。底吹位置距离钢包壁越近,液位波动越剧烈,对钢包壁的侵蚀越大,底吹位置为0.2 r时,对电极的侵蚀较大。随着底吹流量的增加,三个测量点的波动方差均呈增大趋势,其中在近端及电极位置,波高方差从100L/min到200L/min的增长速率更快,远端位置增长速率比较稳定。综合考虑底吹工艺对混匀时间及液位波动的影响,得出底吹孔位置在0.6r、气量为200L/min时为最佳工艺条件。

利用底吹熔炼技术处理含铜多基固废物料

利用底吹熔炼炉对原料适应性强的特点,对底吹熔炼技术处理含铜多基固废及高含镍铂钯物料的工艺控制过程进行研究,摸索最佳工艺控制参数,并探索Au、Ag、Pt、Pd等贵金属元素及伴生杂质元素在铜锍中的富集情况,形成了底吹炉系统处理含铜多基固废和高含镍铂钯物料高效回收贵金属的技术,为提高铜冶炼系统处理杂料量和盈利能力提供技术保障。

基于CFD的大型底吹炉内熔体气动搅拌二维分析

在大型铜熔炼底吹炉冶炼过程中,气动搅拌对熔体混合和反应速率起着重要作用。为研究高温、密闭的大型底吹炉内熔体搅拌现象,采用计算流体力学(CFD)方法,建立了与实际装备相对应的等效几何模型,并通过数值模拟计算分析了大型底吹炉内气动搅拌机理。结果表明:气泡是大型底吹炉气动搅拌的基本单元,气泡周期性的生长脱离、上升形变、熔体表面破裂过程,将自身动能传递给熔体,促进熔池内成分均一化。持续产生的气泡对熔体做功,为熔池和入炉物料提供了充足的搅拌能。熔池内部形成核心搅拌区和澄清区,为铜冶炼过程的反应和分离提供了良好条件。研究得出的气动搅拌机理对今后大型底吹炉优化设计和工程应用起到了指导作用。

顶底复吹转炉耳轴区炉衬维护技术与应用

针对马钢65 t顶底复吹转炉耳轴区炉衬侵蚀部位实际生产过程中,由于受补炉砖质量以及尺寸大小、贴砖方式、烧结时间长短、以及贴砖维护后第一炉废钢加入造成的机械冲刷等综合因素的影响,使得贴补后的补炉砖容易脱落,致使耳轴区炉衬侵蚀部位维护效果差的难题,通过研究转炉耳轴区炉衬侵蚀原因,制作了专用维护装置,创新性地提出了“贴砖+喷补”的具体维护措施,有效解决了现有技术中,贴补后的补炉砖容易脱落,进而影响转炉耳轴区炉衬侵蚀部位维护效果的问题。生产实践表明:与传统湿法喷补维护工艺相比,“贴砖+喷补”维护炉次冶炼炉数可以增加48~50炉/次,因相对减少了喷补频次,降低操作人员劳动强度的同时,年可节约耐材0.09~0.11 kg/t。

二氧化碳在转炉中的应用

转炉CO_(2)-O_(2)混合喷吹炼钢工艺技术是基于现有生产工艺的重大变革,在现有产品质量不恶化甚至提升的基础上,开发二氧化碳在转炉炼钢资源化利用技术可产生显著的环保效益,对提高首钢产品竞争力有重要意义。以CO_(2)在转炉中理论反应为基础进行研究,分析不同底吹模式及顶吹CO_(2)对转炉生产的影响,并探讨二氧化碳在实际应用中的特点和对生产操作的影响,总结应用过程中发现的问题,并针对性地采取措施。应用实践表明,将CO_(2)用于转炉冶炼,不仅提高了炼钢冶金效果,而且增加了转炉煤气回收量,取得了显著效果。

转炉底吹CO_(2)炼钢技术碳减排计算探讨

钢铁作为非电力行业最大碳排放行业,在我国推进双碳政策过程中,钢铁的绿色低碳发展将成为至关重要的一环。转炉底吹CO_(2)炼钢技术作为中钢协优选的50项极致能效技术之一,能够有效提升产品质量,降低生产成本,同时在减排方面具有明显效果,结合国际钢协CO_(2)排放计算方法,对转炉底吹CO_(2)工艺技术的碳排放测算方法进行探讨,通过测算使用该工艺碳减排效果4.3 kg/t,计算结果符合LCA计算要求。

150 t转炉底吹系统水模试验研究

通过对炼钢厂150 t转炉底吹系统进行水模试验,研究了底部供气元件数量、底吹供气强度对熔池混匀时间的影响。在相同底吹供气强度情况下,6支底吹供气元件混匀时间最短;在相同底吹供气元件数情况下,底吹供气强度越高,混匀时间越短。结合水模试验结论,对150 t转炉不同钢种冶炼过程中底吹供气模式进行优化,冶炼终点脱磷率达到92.3%,全炉役终点炉渣全铁含量达到17.3%,为改善生产经济技术指标提供了技术指导。

基于底吹炉余热锅炉漏水和堵塞问题的改进研究

垣曲冶炼厂富氧底吹炉余热锅炉生产中存在爆管漏水、对流管束频繁堵塞等问题,严重制约生产连续性。本文对于锅炉漏水问题从高温腐蚀和烟尘冲刷两方面开展研究并改进;针对锅炉堵塞的问题,从工艺指标控制和设备升级等方面进行优化解决。措施实施后,余热锅炉实现安全平稳运行。

氧枪座布置对大型铜熔炼底吹炉流动特性的影响

大型铜熔炼底吹炉在现代铜冶炼工业中发挥重要作用,相较中小型底吹炉其氧枪特征发生较大改变。以氧枪座为喷吹单元的气动搅拌已成为炉内扰动源,氧枪座布置情况直接影响大型底吹炉的熔炼效果。本文以某冶炼厂的大型底吹炉为研究对象,建立以枪座为基础的局部模型,通过CFD数值模拟分析了两个氧枪座参数,即枪座角度和两枪间距,对熔池流动特性的影响。结果表明:枪座角度和两枪间距分别对气泡上浮路径和有效搅拌区范围有显著影响,适当减小枪座角度将延长气泡上浮的运动空间,适当增大两枪间距将弱化有效搅拌区重叠。旋转炉体或重新设置氧枪是值得推荐的,有利于强化大型底吹炉熔炼过程。

两排氧枪角度设置对大型底吹炉流动特性的影响

在不同氧枪倾角和角度间距下,建立氧气底吹炉仿真模型,分析不同工况对熔体流动特性的影响。研究结果表明:两排氧枪角度设置对底吹炉内流动特性的影响主要体现在炉径方向。氧枪倾角会对核心搅拌区的空间位置产生“偏移”作用,控制核心反应区向氧枪所在一侧炉壁偏移程度;角度间距会对核心搅拌区的扰动状态产生“分散”作用,控制搅拌源形成的核心搅拌区聚散程度。为了更好地调控大型底吹炉熔池气动搅拌特性,将两排氧枪角度设置为0°&15°组合较为合理,熔池内有较好的气动搅拌强度和气体分散效果,进而提高熔炼效率,且未产生熔体恶性喷溅。

大型底吹炉气含率的数值模拟

利用数值模拟的方法,以大型底吹炉的气含率为参考指标,对气流入口速度、氧枪直径和熔池深度进行研究.结果表明:随着入口速度的降低,气含率的波动范围逐渐缩小;随着入口速度的增加,气含率逐渐增大,当入口速度超过270 m/s时,气含率增加幅度变小;气含率在较大的氧枪直径下波动范围更大,当直径达到60 mm时,瞬时气含率最大值可达6%;熔池深度在1.7~1.9 m处的气含率最大值均超过了4%,随后气含率逐渐减小,在熔池深度2.1 m处达到最小值,之后随着熔池深度的增加而逐渐增大.综合考虑,工艺参数优化区间为入口速度260~270 m/s,氧枪直径55~60 mm,熔池深度2.3~2.5 m.

富氧底吹熔炼炉内气液两相流动的数值模拟

以某公司的富氧底吹熔池熔炼炉为原型,运用数值模拟的方法对炉内氧气铜锍两相流动进行三维瞬态模拟,研究炉内气泡主要参数、气含率分布规律、氧枪出口附近压力变化以及液面波动情况。并借助于高速摄像仪设备,对水模型实验中气泡形成、合并、变形及破碎过程进行研究,所得结果与模拟结果进行比较。结果表明:所建立的数学模型是合理的。氧气铜锍两相流动模拟结果表明,炉内气泡形成时间为0.12~0.25 s,生成频率为4~5 Hz,其短轴大小集中在3.5d^6.5d(d为氧枪直径尺寸);气泡停留时间为0.2~0.4 s,其在熔池内的平均上浮速度约为4 m/s;7°和22°氧枪出口气泡后座现象出现的平均频率分别为5 Hz和7 Hz,作用时间为0.06 s;高效反应区存在于熔池上部区域;气相搅动液相所形成的表面重力波在沉淀区传播的过程中,波幅衰减很快,当波传播到出渣口附近时,液面趋于静止。

富氧底吹熔炼炉内氧枪结构参数的优化分析

以提高底吹熔炼炉反应区的熔炼效率及优化底吹炉反应区的氧枪结构参数为目标,运用数值模拟的方法,建立底吹熔池熔炼炉内气液两相流动的三维数学模型。应用正交表设计数值模拟的试验方案,以气含率、熔池内熔体平均速度以及平均湍动能为优化指标,采用田口方法对底吹熔池熔炼炉进行了氧枪结构多目标优化研究。结果表明,通过统计分析方法得到氧枪结构最优组合如下:氧枪直径为0.06 m,氧枪间距为0.98 m,氧枪倾角为17°。对优化结果进行统计验证,表明采用田口方法优化底吹炉氧枪结构可行,优化结果可靠。

底吹钢包内流动与混合的数值模拟

利用数值模拟的方法对几种典型喷吹方式的底吹钢包内的流动与混合过程进行了理论分析结果表明,变化喷吹方式,即从中心喷吹到偏心喷吹、从单喷嘴喷吹到双喷嘴喷吹,钢包内的流动混合状态得到改善。