《鐵合金用搖包反應器內渣金兩相運動的基礎研究》是依託安徽工業大學，由章俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鐵合金用搖包反應器內渣金兩相運動的基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：章俊
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著鐵合金用礦熱爐大型化的發展，與此配套的搖包反應器須增大容積。目前，大型搖包設計與中小型搖包工藝最佳化皆停留在現場試驗法階段，與搖包有關的理論尚不能滿足搖包反應器設計與最佳化的需要。本研究圍繞搖包內渣/金乳化和分相行為，對搖包反應器內兩相流體運動規律展開研究。通過冷態模擬試驗確定搖包尺寸、轉速、偏心距及冷態介質物理化學性質與兩相流體運動的關係，並採用雷射測速儀研究冷態下搖包內液液兩相發生卷混臨界狀態的時間效應，以確定不同設備與工藝參數下渣/金混勻與鎮靜分離所需的時間。同時，採用高溫座滴法測量不同條件下渣金界面張力的變化，建立伴有Marangoni效應的相際傳質動力學，以初步探討渣金物性參數及界面性質變化所引起的渣金兩相運動的變化規律。最後，依據搖包反應器的相似放大理論，套用冷態模擬實驗結論與數值模擬計算結果為現場搖包設計與工藝最佳化提供理論指導，完善搖包反應工程學。
結題摘要
隨著鐵合金用礦熱爐大型化的發展，與此配套的搖包反應器須增大容積。目前，大型搖包設計與中小型搖包工藝最佳化皆停留在現場試驗法階段，與搖包有關的理論尚不能滿足搖包反應器設計與最佳化的需要。本研究通過冷態模擬試驗對搖包內流體運動特徵尤其是兩相流的混合與分離行為進行研究，旨在為鐵合金企業提供必要的可供借鑑的理論，並對流體在搖包這一特殊工況條件下運動過程中產生的科學問題進行研究。 研究表明：（1）搖包內單相流體運動表面流型還存在另一種臨界狀態，即馬鞍面旋轉階段。搖包內兩相液體流型可以分為三類：界面平擺流型、界面荷葉狀流型和界面卷混流型。荷葉狀臨界轉速與卷混臨界轉速都隨著搖包直徑、偏心距和重相密度等幾個因素的增大而減小，隨著重相高度、兩相高度差、輕相粘度、重相粘度和兩相密度的增大而增大。（2）荷葉狀流型中，自由表面波的周期與搖包轉動的周期相同，界面波動的周期為搖包轉動周期的兩倍，可以稱為一種由偏心旋轉引起的兩個液相中的新型的法拉第界面波。（3）使用高頻動態壓力感測器測量搖包搖動過程中包底壓力變化，得到不同工況條件下包底的壓力分布圖。研究表明：隨轉速增大，搖包內的流體運動狀態從波動旋轉轉變為流動旋轉。運動狀態轉變後，包底中心壓力與轉速的關係曲線的斜率會發生突變，可以作為搖包內流體波動旋轉與流動旋轉轉變的判據。(4)提出混合強度判據判定新標準來判斷混勻終點。基於混合時間測量，重新定義了混合時間臨界轉速，並研究了各種工況對混合時間臨界轉速的影響，發現混合時間臨界轉速隨著熔池深度的增大而增大，隨著偏心距的增大而減小。（5）混合液分相實驗發現，通過搖包的低速搖動，可以促進渣相中金屬液滴的聚集長大，加快重相的沉降，從而比靜置分相更快實現“相分離”。(6) 使用P204萃取硫酸鈷溶液體系研究傳質引發馬拉戈尼流動對混合過程影響，發現由傳質引起的馬拉格尼流動在一定程度上可以加快液液兩相流體混合。(7)採用量綱分析得出油水兩相發生卷混的臨界轉速經驗公式，該公式可用於小型搖包操作參數放大設計中。
