电弧炉炼钢熔池内氧气-石灰粉混合喷吹动力学特性研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51804028
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0411.钢铁冶金
- 结题年份:2021
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:赵飞; 吴学涛; 马浩冉; 唐天平;
- 关键词:
项目摘要
Because of the raw material composition and furnace structure of the electric arc furnace, the velocity of molten bath is slow, temperature distribution is uneven, the fluctuation of impurity element content is large, and thermodynamic condition of dephosphorization is bad, which is inimical for steelmaking in a highly efficient and low-cost method. The oxygen and lime-powder compound jet under the molten bath of the EAF technology has been developed for electric arc furnace steelmaking process in recent years. The key to this technology is that the oxygen is used as a carrier gas to inject the lime-powder into the molten bath, which improves the mixing effect and dephosphorization rate of the molten bath by the reaction system of multiphase flow. The theoretical arithmetic, numerical simulations and water experiments would be adopted, and a three-dimensional multiphase flow model of “gas-solid-slag-steel” will be established in this research topic. With the help of the trajectory of particle capturing method, phase-interface tracking and 3D real-time velocity measurement, the experimental data could be collected. To provide theoretical basis and data support for the system design and unit operation of the oxygen and lime-powder compound jet under the molten bath of the EAF technology,this research would analyze the powder diffusion pattern in various phases at molten state, present the effect of injection parameter of the oxygen and lime-powder compound jet on the molten bath flow field, and correct the conventional theoretical formula.
受电弧炉炼钢原料成分与炉型结构限制,熔池流动速度慢、温度分布不均、杂质元素含量波动较大,脱磷反应动力学条件差,不利于实现电弧炉快速低成本冶炼高品质特殊钢。电弧炉炼钢熔池内氧气-石灰粉混合喷吹工艺是近年开发的满足电弧炉高效炼钢的喷射技术,即采用氧气将石灰粉直接喷入炼钢熔池内,依靠熔池内部“气-粉-渣-金”多相反应体系,实现熔池的高效混匀与快速脱磷。本课题采用理论计算、数值模拟和水力学模拟研究方法,结合粒子轨迹捕捉、界面实时跟踪及三维动态测速等手段,建立电弧炉三维等尺寸“气-粉-渣-金”多相流耦合模拟架构,探明熔融介质环境中石灰粉在各相内部及相界面的扩散模式与迁移规律,确定熔池内部氧气-石灰粉混合流股喷吹参数对熔池流场分布特性的作用规律,修正传统理论计算公式,为电弧炉炼钢熔池内氧气-石灰粉混合喷吹工艺系统设计与单元操作提供理论依据和数据支撑。
结项摘要
电弧炉熔池内氧气-石灰粉喷吹技术具有加快炼钢冶炼节奏,提高终点钢水品质,减少过程原辅料消耗与降低渣层泡沫化严重等性能指标优势。但氧气-石灰粉混合喷吹参数设计缺乏理论依据,冶炼过程粉剂传质扩散效果不理想,导致氧气-石灰粉混合喷吹工艺未能充分发挥其冶炼效果。因此,开展了电弧炉炼钢熔池内氧气-石灰粉混合喷吹动力学特性研究。. 项目采用了数值模拟和水力学模拟的方法,明确了粉粒可有效强化气体射流的初始冲击动能,提高熔池内气体射流水平与竖直冲击深度。发现了射流垂直冲击深度随气-固喷吹元件角度增大而增大,但射流水平冲击深度随气-固喷吹元件角度增加呈先升高后下降的趋势,射流水平冲击深度对应气-固喷吹元件角度拐点为20°。基于流体力学理论计算,建立了熔池内气-固喷吹射流轴线轨迹方程,并与水力学模拟结果进行了交互印证。.开展了电弧炉熔池内氧气-石灰粉喷吹效能优化研究,发现了熔池内喷吹可显著强化熔池中下部区域的钢液运动速度,增强能量和物质传输效率。基于电弧炉“熔池内喷吹+炉壁侧吹”吹炼模式,围绕典型电弧炉炉型几何结构,提出了熔池内气-固喷吹元件与炉壁集束氧枪的最佳组合布置方式。研究结果表明,本项目研究范围内熔池混匀效果影响因素排布顺序为:喷吹流量>埋入深度>水平布置倾角>垂直布置倾角。. 利用50吨电弧炉开展了电弧炉熔池内氧气-石灰粉喷吹预工业试验,在熔池内仅喷吹氧氮混合气的条件下,工业结果表明炉渣FeO和TFe含量分别降低5.28%、4.63%;钢铁料和氧气消耗分别降低9.2kg/t、5.3Nm3/t;终点钢液磷含量降低3.8%;终点钢液碳氧积由0.00318降低至0.00252;冶炼周期缩短了2.9min,钢液终点质量和经济指标得到了明显改善. 本基金项目研究结果为电弧炉熔池内氧气-石灰粉混合喷吹工艺的高效稳定运行提供了基础实验数据和改进优化方法,为电弧炉熔池内喷粉技术的工业化推广与应用提供了理论依据与实践经验。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
The Behavior of Supersonic Jets Generated by Combination Gas in the Steelmaking Process.
炼钢过程中混合气体产生的超音速射流行为
- DOI:10.3390/ma14175034
- 发表时间:2021-09-03
- 期刊:Materials (Basel, Switzerland)
- 影响因子:--
- 作者:Zhang B;Liu F;Zhu R
- 通讯作者:Zhu R
Characteristics of Flow Field for Supersonic Oxygen Multijets with Various Laval Nozzle Structures
不同拉瓦尔喷管结构超音速氧气多喷嘴流场特性
- DOI:10.1007/s11663-019-01652-7
- 发表时间:2019-10
- 期刊:Metallurgical and Materials Transactions B-Process Metallurgy and Materials Processing Science
- 影响因子:3
- 作者:Liu Fuhai;Sun Dongbai;Zhu Rong;Li Yilin
- 通讯作者:Li Yilin
Behaviors of Supersonic Oxygen Multi-jets with Various Preheating Temperatures
不同预热温度下超音速氧气多射流的行为
- DOI:10.1007/s11663-021-02211-9
- 发表时间:2021-06
- 期刊:Metallurgical and Materials Transactions B-Process Metallurgy and Materials Processing Science
- 影响因子:3
- 作者:Fei Zhao;Fuhai Liu;Dongbai Sun;Rong Zhu;Kai Dong
- 通讯作者:Kai Dong
拉瓦尔喷管结构模式对超音速射流流动特性的影响
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:工程科学学报
- 影响因子:--
- 作者:刘福海;朱荣;董凯;魏光升;李易霖
- 通讯作者:李易霖
Effect of Lance Structure on Behavior of Coherent Jet in EAF Steelmaking Process
电弧炉炼钢过程中喷枪结构对相干射流行为的影响
- DOI:10.3390/ma13051043
- 发表时间:2020-02
- 期刊:Materials
- 影响因子:3.4
- 作者:Liu Fuhai;Zhu Rong;Wei Guangsheng;Fan Shiliang
- 通讯作者:Fan Shiliang
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其他文献
地震作用下面板堆石坝面板错台模型试验研究
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- 发表时间:--
- 期刊:岩土工程学报
- 影响因子:--
- 作者:孔宪京;刘福海;刘君;KONG Xian-jing1,2,LIU Fu-hai1,LIU Jun1,2(1.State K;2.School of Hydraulic Engineering,Dalian Universit
- 通讯作者:2.School of Hydraulic Engineering,Dalian Universit
边坡动力破坏机理的振动台试验研究
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:Journal of Civil, Architectural and Environmental Engineering
- 影响因子:--
- 作者:刘振平;刘福海;赵显波
- 通讯作者:赵显波
考虑破碎的堆石料颗粒流数值模拟
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- 发表时间:--
- 期刊:岩土力学
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- 作者:刘君;孔宪京;刘福海
- 通讯作者:刘福海
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- 发表时间:--
- 期刊:岩土工程学报
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- 作者:刘君;刘福海;孔宪京;李永胜;LIU Jun,LIU Fu-hai,KONG Xian-jing,LI Yong-sheng(St
- 通讯作者:LIU Jun,LIU Fu-hai,KONG Xian-jing,LI Yong-sheng(St
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- 发表时间:--
- 期刊:光电子.激光
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- 作者:任亮;张莹;李东升;刘君;李宏男;刘福海;REN Liang,ZHANG Ying,LI Dong-sheng,LIU Jun,LI Hong
- 通讯作者:REN Liang,ZHANG Ying,LI Dong-sheng,LIU Jun,LI Hong
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