【摘要】：鋼包底噴粉精煉(L-BPI)是由東北大學(xué)研究開發(fā)的一種全新的爐外精煉工藝,其應(yīng)用將會(huì)對(duì)潔凈鋼生產(chǎn)流程的變革產(chǎn)生重要影響。本文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,對(duì)涉及此新精煉工藝的底噴粉元件開展深入研究,揭示了鋼包底噴粉元件內(nèi)鋼液滲透機(jī)理和粉氣流輸送規(guī)律,提出了底噴粉元件的設(shè)計(jì)理論,研制了抗磨損和耐高溫侵蝕的噴粉元件,為解決鋼包底噴粉的鋼液滲透(安全性)、粉氣流噴吹(穩(wěn)定性)、噴吹元件使用壽命(可靠性)等難點(diǎn)奠定了重要的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)鋼包底噴粉元件抗鋼液滲透性能研究。針對(duì)鋼包底噴粉精煉新工藝鋼液滲透的問題,從理論上建立了描述不同熔池深度下縫隙安全寬度的模型(綜合考慮縫隙形狀、界面接觸、耐火材料表面粗糙度及表面宏觀形貌等因素的影響)和描述鋼液向噴粉元件縫隙滲透過程的數(shù)學(xué)模型,獲得了鋼液滲透速度與滲透深度隨時(shí)間的變化規(guī)律;提出了通過測(cè)量縫隙間電信號(hào)來檢測(cè)滲透過程的方法,并研制了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,驗(yàn)證了提出的滲透模型。研究結(jié)果表明:本文提出的滲透模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同熔池深度下的縫隙安全寬度;滲透發(fā)生時(shí),鋼液迅速滲入噴粉元件縫隙,之后滲透深度幾乎不再發(fā)生變化;耐火材料成分、透氣磚表面、縫隙寬度等不均勻性會(huì)誘發(fā)不穩(wěn)定滲透,嚴(yán)格控制耐火材料成分、透氣磚表面形貌、縫隙尺寸可以有效的防止?jié)B透發(fā)生。(2)鋼包底噴粉元件內(nèi)粉氣流行為研究。在粉粒運(yùn)動(dòng)特性研究的基礎(chǔ)上,采用歐拉模型研究了噴粉元件氣固兩相流行為,綜合考察了相間作用力及壁面模型對(duì)兩相流行為的影響,合理確定了模型參數(shù),解決了 CFD模型預(yù)測(cè)噴粉元件內(nèi)氣固兩相流行為的難題。研究結(jié)果表明:粉粒運(yùn)動(dòng)軌跡并不是一條沿氣流運(yùn)動(dòng)方向的直線,粉粒在垂直氣流運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)產(chǎn)生位移,粉粒直徑、密度及初速度都影響其運(yùn)動(dòng)行為,選取粒徑、密度小的粉粒,增大粉粒的初速度,均有利于提高粉粒噴吹的穩(wěn)定性;噴吹過程中,蓄氣室內(nèi)主流股兩側(cè)形成明顯的速度回旋區(qū),且回旋區(qū)中心粉劑濃度較低;噴粉元件內(nèi)兩相流呈現(xiàn)明顯瞬變性、不對(duì)稱性和不規(guī)則性;蓄氣室錐角、載氣量及體積載率對(duì)兩相流行為有著顯著影響,蓄氣室錐角過低或過高易導(dǎo)致縫隙內(nèi)偏流流動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生;而過高載氣量不能有效提高縫隙內(nèi)粉劑濃度,反而易導(dǎo)致蓄氣室底部粉劑堆積;過高體積載率易造成噴吹堵塞,入口體積載率應(yīng)控制在15%以下。(3)縫隙內(nèi)粉粒-粗糙壁面碰撞過程研究。針對(duì)壁面碰撞主導(dǎo)的兩相流模擬過程中粉粒相附壁面運(yùn)動(dòng)的難題,采用均勻分布粉粒檢驗(yàn)的方法,構(gòu)造了壁面粗糙角概率分布函數(shù),同時(shí)根據(jù)粉粒實(shí)際反彈角細(xì)化了粉粒-粗糙壁面的碰撞過程,建立了描述粉粒-粗糙壁面碰撞過程的粉粒歷史影響模型,結(jié)合坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)法給出了相應(yīng)的算法,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了模型參數(shù)。研究結(jié)果表明:該模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了粗糙壁面上粉粒反彈角的概率分布,壁面粗糙度對(duì)兩相流輸送行為的影響隨入射角增大而逐漸減小;粗糙壁面增加了粉粒壁面碰撞的頻率,導(dǎo)致粉粒輸送動(dòng)能降低,脈動(dòng)速度增加,促使粉劑顆粒在底噴粉元件縫隙內(nèi)均勻分布。(4)鋼包底噴粉元件及配套彎管磨損行為研究。首次考慮了磨損形貌對(duì)氣固兩相流行為和壁面磨損行為的影響,通過引入特征角和波動(dòng)項(xiàng)等概念,建立了描述粉粒-磨損壁面碰撞過程的壁面磨損包影響模型;結(jié)合壁面磨損模型,建立了 CFD-WPEM耦合模型,采用彎管磨損數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)該模型準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了磨損位置和磨損深度。研究結(jié)果表明:噴粉元件近入口位置縫隙壁面上存在典型的磨損帶,沿流動(dòng)方向磨損帶變寬且向點(diǎn)狀磨損發(fā)展,下游壁面以點(diǎn)狀磨損為主;增大載氣流速度、粉劑質(zhì)量載率將導(dǎo)致縫隙磨損程度增加,噴粉元件壽命縮短;寬的縫隙能明顯降低縫隙磨損程度,但縫隙寬度過大會(huì)導(dǎo)致鋼液滲透。(5)鋼包底噴粉元件的實(shí)驗(yàn)研究。噴粉元件配合自主設(shè)計(jì)的底噴粉系統(tǒng)進(jìn)行了冷噴實(shí)驗(yàn),噴吹效果良好,全程無粉劑堵塞現(xiàn)象發(fā)生,且氣量易于調(diào)節(jié),噴粉量連續(xù)可控;在1.5t感應(yīng)爐上進(jìn)行了高溫實(shí)驗(yàn),連續(xù)穩(wěn)定將4.5kg精煉粉劑噴入感應(yīng)爐,取得較好的精煉效果;對(duì)服役后噴粉元件分析發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)過程中噴粉元件無鋼液滲透、無粉劑堵塞現(xiàn)象發(fā)生,噴粉元件材質(zhì)抗渣、鋼侵蝕性能良好,能滿足鋼包底噴粉精煉的實(shí)際要求。
【圖文】：

東北大學(xué)博士學(xué)位論文邐第１章緒論逡逑管該潔凈鋼生產(chǎn)流程較傳統(tǒng)潔凈鋼生產(chǎn)流程在穩(wěn)定生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率、降低成本等方面逡逑有了明顯提高，但生產(chǎn)流程長(zhǎng)、效率低、能耗高、企業(yè)三廢排放量大是不爭(zhēng)的事實(shí)。因逡逑此，建設(shè)和優(yōu)化新一代高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)平臺(tái)是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)廣泛關(guān)注的問題。逡逑

存在的問題。正是基于這條思路，近年來東北大學(xué)朱苗勇教授［２（）］提出了采用狹縫式透氣逡逑磚進(jìn)行鋼包底噴粉精煉的新一代鋼包噴射冶金工藝技術(shù)Ｌ－ＢＰＩ邋（Ｌａｄｌｅ－Ｂｏｔｔｏｍ邋Ｐｏｗｄｅｒ逡逑Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）并申請(qǐng)了專利，如圖１．４所示，該工藝通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)的：逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF769.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626075