【摘要】：鋼包底噴粉精煉(L-BPI)是由東北大學研究開發(fā)的一種全新的爐外精煉工藝,其應用將會對潔凈鋼生產流程的變革產生重要影響。本文運用實驗研究、數值模擬與現場實驗相結合的研究方法,對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鋼液滲透機理和粉氣流輸送規(guī)律,提出了底噴粉元件的設計理論,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)等難點奠定了重要的理論與應用基礎。本論文的主要研究內容及結果如下:(1)鋼包底噴粉元件抗鋼液滲透性能研究。針對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學模型,獲得了鋼液滲透速度與滲透深度隨時間的變化規(guī)律;提出了通過測量縫隙間電信號來檢測滲透過程的方法,并研制了相應的實驗裝置,驗證了提出的滲透模型。研究結果表明:本文提出的滲透模型能準確預測不同熔池深度下的縫隙安全寬度;滲透發(fā)生時,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誘發(fā)不穩(wěn)定滲透,嚴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)鋼包底噴粉元件內粉氣流行為研究。在粉粒運動特性研究的基礎上,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兩相流行為的影響,合理確定了模型參數,解決了 CFD模型預測噴粉元件內氣固兩相流行為的難題。研究結果表明:粉粒運動軌跡并不是一條沿氣流運動方向的直線,粉粒在垂直氣流運動方向上會產生位移,粉粒直徑、密度及初速度都影響其運動行為,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,蓄氣室內主流股兩側形成明顯的速度回旋區(qū),且回旋區(qū)中心粉劑濃度較低;噴粉元件內兩相流呈現明顯瞬變性、不對稱性和不規(guī)則性;蓄氣室錐角、載氣量及體積載率對兩相流行為有著顯著影響,蓄氣室錐角過低或過高易導致縫隙內偏流流動現象發(fā)生;而過高載氣量不能有效提高縫隙內粉劑濃度,反而易導致蓄氣室底部粉劑堆積;過高體積載率易造成噴吹堵塞,入口體積載率應控制在15%以下。(3)縫隙內粉粒-粗糙壁面碰撞過程研究。針對壁面碰撞主導的兩相流模擬過程中粉粒相附壁面運動的難題,采用均勻分布粉粒檢驗的方法,構造了壁面粗糙角概率分布函數,同時根據粉粒實際反彈角細化了粉粒-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,結合坐標旋轉法給出了相應的算法,并根據實驗數據確定了模型參數。研究結果表明:該模型準確預測了粗糙壁面上粉粒反彈角的概率分布,壁面粗糙度對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,導致粉粒輸送動能降低,脈動速度增加,促使粉劑顆粒在底噴粉元件縫隙內均勻分布。(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項等概念,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;結合壁面磨損模型,建立了 CFD-WPEM耦合模型,采用彎管磨損數據對模型進行了驗證,發(fā)現該模型準確的預測了磨損位置和磨損深度。研究結果表明:噴粉元件近入口位置縫隙壁面上存在典型的磨損帶,沿流動方向磨損帶變寬且向點狀磨損發(fā)展,下游壁面以點狀磨損為主;增大載氣流速度、粉劑質量載率將導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,但縫隙寬度過大會導致鋼液滲透。(5)鋼包底噴粉元件的實驗研究。噴粉元件配合自主設計的底噴粉系統進行了冷噴實驗,噴吹效果良好,全程無粉劑堵塞現象發(fā)生,且氣量易于調節(jié),噴粉量連續(xù)可控;在1.5t感應爐上進行了高溫實驗,連續(xù)穩(wěn)定將4.5kg精煉粉劑噴入感應爐,取得較好的精煉效果;對服役后噴粉元件分析發(fā)現,實驗過程中噴粉元件無鋼液滲透、無粉劑堵塞現象發(fā)生,噴粉元件材質抗渣、鋼侵蝕性能良好,能滿足鋼包底噴粉精煉的實際要求。
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東北大學博士學位論文邐第１章緒論逡逑管該潔凈鋼生產流程較傳統潔凈鋼生產流程在穩(wěn)定生產、提高生產率、降低成本等方面逡逑有了明顯提高，但生產流程長、效率低、能耗高、企業(yè)三廢排放量大是不爭的事實。因逡逑此，建設和優(yōu)化新一代高效率、低成本潔凈鋼生產平臺是當前鋼鐵企業(yè)廣泛關注的問題。逡逑

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

【參考文獻】

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本文編號：2626075