轉爐煉鋼熔池流動特徵規律研究

《轉爐煉鋼熔池流動特徵規律研究》是依託北京科技大學，由劉潤藻擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：轉爐煉鋼熔池流動特徵規律研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：劉潤藻
• 項目類別：面上項目

項目摘要

轉爐煉鋼是目前主要的煉鋼方法，供氧及底吹攪拌是轉爐煉鋼的核心工藝，直接影響到冶煉過程的資源消耗和產品質量。通常轉爐頂吹供氧及底吹攪拌工藝參數由常溫常壓條件下的理論或經驗公式計算得到，但轉爐煉鋼是高溫熔煉過程，氧氣射流被高溫煙氣包裹，底吹噴嘴受熔體和耐火材料加熱，現有研究結果與實際流股特性偏差較大，對煉鋼生產的節奏、質量、成本造成不利影響。本課題採用數值模擬和水力學模擬研究方法，基於全尺寸數值模擬架構和相似理論，建立高溫、變壓條件下的三維全尺寸“氣-渣-金”三相流耦合模型；基於變溫-變壓轉爐環境模擬倉，使用動壓實時捕捉、高溫熱成像等手段完成射流噴吹熱態實驗；通過500kg轉爐熱態實驗，驗證噴吹參數對冶金反應的影響規律。課題探明高溫環境中射流衝擊凹坑的形貌，準確描述轉爐熔池流動現象，確定轉爐熔池流動特徵指數和熔池脫磷、脫碳、升溫、爐襯侵蝕速率之間的關係，為轉爐噴吹工藝參數設計最佳化提供數據支撐。

結題摘要

轉爐煉鋼是目前主要的煉鋼方法，供氧及底吹攪拌是轉爐煉鋼的核心工藝，直接影響到冶煉過程的資源消耗和產品質量。通常轉爐頂吹供氧及底吹攪拌工藝參數由常溫常壓條件下的理論或經驗公式計算得到，但轉爐煉鋼是高溫熔煉過程，氧氣射流被高溫煙氣包裹，底吹噴嘴受熔體和耐火材料加熱，現有結果與實際流股特性偏差較大，對煉鋼生產的節奏、質量、成本造成不利影響。本課題系統深入地研究了環境溫度、環境壓力和氧氣滯止溫度對單流股及多流股超音速氧氣射流特性的影響規律，探明了轉爐煉鋼爐膛內多孔超音速氧槍噴頭的流場特性；首次提出並研究了基於特徵線法的拉瓦爾噴管設計方法，通過最佳化噴管型面設計，進一步提升了氧槍噴頭的冶金效能；建立了轉爐底吹元件的流-固耦合傳熱模型，研究了底吹氣流在噴槍內的流動規律，以及底吹氣泡在液相中上浮的形貌變化；建立了轉爐煉鋼的三維全尺寸數值模型和相似縮小的水力學模型，研究了煉鋼溫度下多流股超音速氧氣射流衝擊熔池所形成的凹坑形貌特徵，揭示了衝擊深度、衝擊面積與超音速射流相關噴吹參數之間的函式關係，探明了頂底復吹轉爐“氣-渣-金”三相耦合流動規律，並探索性地研究了預熱式氧槍、旋流氧槍及側吹噴槍對轉爐熔池的衝擊攪拌效果；首次將轉爐流場與脫磷動力學模型耦合，初步研究了吹煉工藝對轉爐脫磷過程的影響規律；最後，提出了轉爐熔池流動特徵指數概念，用於修正基於爐氣分析的終點碳含量預報模型，建立了熔池流動特徵與脫碳規律之間的有機聯繫。本項目對頂底複合吹煉轉爐的射流特徵、熔池流場及冶金反應等複雜問題進行了系統研究，有助於轉爐煉鋼提高鋼水質量、降低生產成本、加快冶煉節奏，為轉爐煉鋼噴吹參數的設計及操作工藝的最佳化提供了理論依據和數據支撐。