90复吹转炉底枪布置的物理模拟试验

90复吹转炉底枪布置的物理模拟试验

根据近年来的研究，复合吹扫炉的底枪应根据锅炉容量采用适当的底枪数，并沿耳轴方向配置，有效缩短池混播时间。本研究针对福建三钢(集团)有限公司炼钢厂(以下简称三明钢厂)90t复吹转炉现有的底枪支数和布置以及操作工艺参数,采取物理模拟试验方法,确定最佳的复吹转炉底枪支数和布置,并进行现场复吹转炉优化工艺研究。1实验方法1.1实验模型和转炉底枪的设置,为冷态水模实验根据相似理论,进行复吹转炉流动混匀的物理模拟时,要保证原型与模型的几何相似和动力相似。在几何相似的前提下,保证原型与模型的修正弗鲁德准数相等。修正的弗鲁德准数为:式(1)中,U为气体流速,m/s,ρg为气体的密度,kg/m3;ρl为液体的密度,kg/m3;L为特征尺寸,m;g为重力加速度,m/s2。由模型与原型的修正弗鲁德准数相等,得:式(2)中,m表示模型,p表示原型。将式(1)代入式(2),并利用流量Q与流速和流通面积的关系,得出模型气体流量计算式:在本实验中,根据原型转炉尺寸和实验室条件,选定几何相似比为1∶8.5。考虑到炉役中期时间最长,试验以炉役中期的转炉内型为原型。对转炉底枪支数和布置进行优化研究,分别对对称布置和非对称布置进行冷态水模实验。原型转炉采用6支底枪,布置位置如图1中方案1。为考察对称布置的搅拌效果,在模型转炉底枪布置的基础上增加了0.4D位置,布置6支底枪的方案2和0.5D位置布置4支底枪的方案3,如图1所示。实验中着重对非对称布置的搅拌效果进行研究,选取4支(方案4)、5支(方案5)和6支(方案6)3个方案,如图2所示。1.2复吹系统仿真水模实验设备与文献相同,用水模拟钢液,压缩空气模拟氧气和底吹气体,测定熔池混匀时间研究不同复吹工艺和底枪布置对熔池搅拌的影响。实验工艺参数见表1~3。2实验室结果与讨论2.1不同顶枪强度下,底吹气力随底吹强度的变化对3种对称布置的方案在不同底吹流量下的混匀时间取平均值,得到图3。由图3可知,随顶吹气体流量的增加,3种方案的混匀时间下降幅度不大,混匀时间比较长,在45~61s之间。图4为方案1在不同顶枪枪位条件下,底吹供气强度对溶池混匀时间的影响。从图4可知,采用方案1布置底枪时,溶池混匀时间只有在枪位为1.0m时混匀时间随底吹强度的增加而减少,而其它枪位时混匀时间变化不大。说明按方案1布置底枪时,通过改变底吹供气强度很难缩短熔池混匀时间是方案1在实际生产中搅拌效果差的直接原因。2.2区域内匀场的变化底枪沿耳轴非对称布置条件下的熔池混匀时间测定结果如图5所示。顶吹气体流量在18000~22000m3/h的范围变化时,方案5、6的混匀时间比方案4小得多;当氧流量超过22000m3/h后,方案4的混匀时间显著降低,而方案5、6的混匀时间增加。与对称布置相比,非对称布置的熔池混匀时间更低,在36~47s之间。比方案1平均缩短了28%;比方案2、3缩短了25%左右。因此,按方案6布置底枪熔池混匀时间最短。图6所示,按方案6布置底枪时,在不同顶枪枪位条件下混匀时间均随底吹供气强度增强而缩短。试验结果表明,底枪沿耳轴非对称布置的混匀时间要比对称布置短的多。其原因是,对称布置时底枪气液上升流各自独立搅拌周围的液体,形成各自独立搅拌区,各搅拌区之间的质量交换速度慢。而底枪非对称布置时,底枪的气液上升流除了搅拌周围液体外,从示踪剂录像试验观察到气液上升流有相互作用,形成水平流,推动溶池产生水平循环流动,加速了溶池内的传质速度,从而使溶池的混匀时间缩短。这一点也与文献的论述一致。3底枪沿耳轴方向非对称布置的新钢5.2分析基本工况条件:顶吹氧气流量19500m3/h,枪位控制采用低—高—低的模式。由实验室优化得到的6号底枪沿耳轴非对称布置方案,应用到三明钢厂90t转炉上,经过现场冶炼Q235钢种终点取样分析,结果示于表4。从表4数据可知,底枪沿耳轴方向非对称布置的现役1号复吹转炉冶炼终点各项技术指标较原来的对称布置均得到很大改善。终点钢中氧质量分数平均降低了0.016%;终点钢中碳与氧值乘积平均下降6×10-4;终点钢中锰质量分数提高0.029%;终渣T.Fe质量分数下降2.21%;现役1号转炉终点钢中碳与氧值乘积在0.0024以下的炉数占36%,是原来的7倍多。以上的数据说明,底枪优化布置的现役1号复吹转炉冶炼终点各项技术指标更加接近熔池[C][O]反应的平衡,表明熔池搅拌效果好,有利于避免钢渣过氧化。4优化改造方案2、3(1)对三明钢厂90t复吹转炉,采用4、5、6支底枪沿耳轴方向非对称布置,其纯底吹熔池混匀时间平均为36~47s。比对称布置的方案1平均缩短了28%;比方案2、3缩短了25%左右。(2)冷态水模实验表明,对于复吹转炉,通过优化底枪布置,能够显著缩短熔池混匀时间。(3)实际应用结果表明,