CN102778131B

CN102778131B - 一种转炉水模型实验模拟装置及模拟方法

Info

Publication number: CN102778131B
Application number: CN201210276452.3A
Authority: CN
Inventors: 孙彦辉; 马文
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: CN102778131A

Abstract

一种转炉水模型实验模拟装置，属于实验设备领域。包括有机玻璃转炉模型1，顶吹氧枪模拟装置2，支架3，电机箱体4，电机5，氧枪把持器6，丝杠7，光杠8；炉底透气塞9；转炉模型和电机箱体固定于支架上，顶吹氧枪模拟装置由氧枪把持固定并悬于有机玻璃转炉模型内部，电机带动丝杠旋转上下行使得氧枪把持器带动顶吹氧枪模拟装置沿光杠轨迹上下移动，转炉模型底部装有6-12个炉底透气塞。本转炉模型可实现基本的顶底复吹功能，可根据具体要求模拟转炉生产，利用一定的仪器和辅助设备测试需要的数据。

Description

一种转炉水模型实验模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明属于实验设备领域，用实验室装置采用冷态模拟来再现转炉生产过程，通过改变工艺来考察不同工艺参数对转炉生产的影响。

背景技术

转炉是目前世界上使用最普遍的炼钢设备，其中转炉钢产量占到70%左右，可见转炉炼钢的重要性。顶底复吹转炉是在综合了上述顶吹和底吹转炉技术优点，为了克服其缺点而发展起来的。复合吹炼技术能够改善熔池的搅拌，从而缩短钢水温度和成分的混匀时间[1]。

转炉顶底复合吹炼技术的核心之一是如何对转炉熔池的搅摔强度进行有效的调节和控制[2]。针对所确定的转炉吨位和炉型，研究氧枪和底吹供气的结构，研究底吹气量与顶吹的配合等，从而使复吹转炉达到最佳的冶金效果，缩短熔池的混匀时间，以充分发挥顶底复合吹炼的技术优势是非常有意义的工作。对复吹转炉进行物理模拟(水力学模拟)研究并辅助数值模拟，就能够实现上述目标[3]。

目前，国内外学者针对转炉冶炼工艺已经开展了大量的研究工作，主要是采用界面化学反应、流动和扩散、神经网络等方法研究转炉的熔炼过程，优化转炉的冶炼工艺，缩短冶炼时间并对转炉进行动态控制。对转炉顶底复吹物理模拟的研究，国内已做了很多工作，国外则相对较少。

发明内容

本发明目的是利用水模型来模拟转炉炼钢生产过程，通过调整影响参数建立正交试验，得到最佳的冶炼参数，对生产有一定的指导作用。

一种转炉水模型实验模拟装置，其特征在于包括有机玻璃转炉模型1，顶吹氧枪模拟装置2，支架3，电机箱体4，电机5，氧枪把持器6，丝杠7，光杠8；炉底透气塞9；有机玻璃转炉模型1和电机箱体4固定于支架3上，顶吹氧枪模拟装置2由氧枪把持器6固定并悬于有机玻璃转炉模型1内部，由电机5带动丝杠7旋转上下行使得氧枪把持器6带动顶吹氧枪模拟装置2沿光杠8轨迹上下移动，有机玻璃转炉模型1底部设6-12个吹气孔，装有6-12个炉底透气塞9（模拟吹氩装置）沿转炉底1/2模拟实际转炉生产状况，满足模拟过程中“硬吹”和“软吹”的要求。

转炉本体按照实际转炉尺寸成比例缩小，用有机玻璃制成模型。采用顶底复吹工艺，顶部采用氧枪模型吹气，底部设6-12个吹气孔，可按照实验需要采用环缝喷嘴或其他类型喷嘴。这样，转炉模型可实现基本的顶底复吹功能，可根据具体要求模拟转炉生产，利用一定的仪器和辅助设备测试需要的数据。

本发明特点为：第一根据现在生产枪头对喷吹效果的影响，按照生产实际使用氧枪枪头实际尺寸成比例缩小，测试不同规格的氧枪喷头、氧枪枪位、气体流量等对喷吹效果的影响。

第二采用电导率仪测试液体混匀时间。测定方法主要采用“刺激影响”技术，即检测示踪剂含量的方法来检测熔池内熔体的流动情况。实际测定中，主要测定溶液PH或电导率来确定示踪剂含量变化的方法用以测定混匀时间。

第三，以水模拟钢液，机油模拟炉渣，苯甲酸模拟氧气作为示踪剂，测试不同工艺参数对渣钢间传质速率的影响。

由于转炉冶炼过程中，喷溅现象的发生对冶炼过程极为不利，其金属损失率为0.5%～5%，严重的影响了转炉冶炼过程的金属收得率。同时，严重的喷溅还会造成转炉炉衬的侵蚀、氧枪枪头烧损等事故，在损失大量热量的同时，严重限制了供氧强度的提高、影响了冶炼过程的顺利进行。本发明采用以下实验步骤：

1、实验室采用滤纸收集转炉炉口溅出水量的方法进行测定。测定前先称量所选用滤纸的质量，把滤纸放置在转炉炉口周围，喷吹3min后取下滤纸，测定滤纸与吸附水的总质量，通过差减法即可计算出单位时间内的炉口溅出量。

2、进行复吹转炉水模研究。研究顶吹和底吹气体的气量大小的不同、气体压力的不同，底吹和顶吹气体量的不同比例、顶吹枪位高低不同等对熔池搅拌效果、熔池的流动状态、熔池的混匀程度与混匀时间等的影晌。测定方法主要采用“刺激影响”技术，即检测示踪剂含量的方法来检测熔池内熔体的流动情况。实际测定中，主要测定溶液PH或电导率来确定示踪剂含量变化的方法用以测定混匀时间。具体操作见图1，转炉熔池中加入电解溶液时，电导率在一定时间内达到峰值，随着熔池内溶液的搅拌，电导率-时间变化曲线趋于平缓，说明电解质在熔池内趋近于混匀。实验中定义变化曲线波动低于5%左右时所对应的时间表示混匀时间。

3、用水模拟钢水，机油模拟渣，苯甲酸模拟氧。其主要原理是苯甲酸具有既溶于水又溶于机油的特性，将其作为在互不相溶两相流体中的传递物质，即示踪剂。通过测定溶于机油中的苯甲酸向水中的传递速率，来考察不同条件时示踪剂在两相中的传递速率。

本发明在实验中分别比较在纯底吹、纯项吹和顶底复合吹炼条件下苯甲酸从机油到水和水到机油时的苯甲酸在水中的浓度，通过多组正交实验得出最佳的顶底复吹工艺。通常在转炉参数优化时往往定性考察各单一因素，如项吹流量、底吹流量或枪位对均混时间或传质系数的影响。若把这些单一的因素联系在一起，与熔池传质特性建立关系式会对使参数的优化产生更好的结果。

附图说明

图1为转炉顶底复吹模型示意。图中：1-有机玻璃转炉模型，2-顶吹氧枪模拟装置，3-支架，4-电机箱体，5-电机，6-氧枪把持器，7-丝杠，8-光杠；

图2为转炉底吹氩气分布图。图中：9-炉底透气塞（模拟吹氩装置）。

图2中，转炉本体1固定于钢支架3上，带有多空铜头的氧枪模拟装置3由氧枪把持器4固定并悬于转炉本体1内部，由电机5带动丝杠旋转上行使得氧枪把持器带动氧枪沿光杠轨迹上下移动，满足模拟过程中“硬吹”和“软吹”的要求。12个炉底透气塞沿转炉底1/2半径处均匀排布，接入氧气瓶即可模拟生产中转炉底吹氩气的过程。可根据不同模拟需要选择数个吹氩装置进行模拟。

图3为水模型来模拟转炉炼钢生产过程工艺流程图。

具体实施方式

实验步骤如下：

Claims

1. 一种转炉水模型实验模拟装置的模拟方法，包括有机玻璃转炉模型（1），顶吹氧枪模拟装置（2），支架（3），电机箱体（4），电机（5），氧枪把持器（6），丝杠（7），光杠（8）；炉底透气塞（9）；有机玻璃转炉模型（1）和电机箱体（4）固定于支架（3）上，顶吹氧枪模拟装置（2）由氧枪把持器（6）固定并悬于有机玻璃转炉模型（1）内部，由电机（5）带动丝杠（7）旋转上下行使得氧枪把持器（6）带动顶吹氧枪模拟装置（2）沿光杠（8）轨迹上下移动，有机玻璃转炉模型（1）底部设6-12个吹气孔，装有6-12个炉底透气塞（9）；其特征在于采用以下实验步骤：

1）、实验室采用滤纸收集转炉炉口溅出水量的方法进行测定；测定前先称量所选用滤纸的质量，把滤纸放置在转炉炉口周围，喷吹3min后取下滤纸，测定滤纸与吸附水的总质量，通过差减法即可计算出单位时间内的炉口溅出量；

2）、进行复吹转炉水模研究：研究顶吹和底吹气体的气量大小的不同、气体压力的不同，底吹和顶吹气体量的不同比例、顶吹枪位高低不同对熔池搅拌效果、熔池的流动状态、熔池的混匀程度与混匀时间的影晌；测定方法采用“刺激影响”技术，即检测示踪剂含量的方法来检测熔池内熔体的流动情况；实际测定中，通过测定溶液PH或电导率来确定示踪剂含量变化的方法用以测定混匀时间；转炉熔池中加入电解溶液时，电导率在一定时间内达到峰值，随着熔池内溶液的搅拌，电导率-时间变化曲线趋于平缓，说明电解质在熔池内趋近于混匀；实验中定义变化曲线波动低于5%时所对应的时间表示混匀时间；

3）、用水模拟钢水，机油模拟渣，苯甲酸模拟氧；根据是苯甲酸具有既溶于水又溶于机油的特性，将其作为在互不相溶两相流体中的传递物质，即示踪剂；通过测定溶于机油中的苯甲酸向水中的传递速率，来考察不同条件时示踪剂在两相中的传递速率。