【摘 要】
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现代钢铁生产过程中,铁水预处理工艺已成为降低钢中硫含量,生产高洁净度钢的关键工序之一。铁水预处理的代表性方法有KR机械搅拌法和喷吹法脱硫,它们的共同点都是通过搅拌铁
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现代钢铁生产过程中,铁水预处理工艺已成为降低钢中硫含量,生产高洁净度钢的关键工序之一。铁水预处理的代表性方法有KR机械搅拌法和喷吹法脱硫,它们的共同点都是通过搅拌铁水使其循环流动,带动脱硫剂与铁水的混合而达到脱硫的目的。因此如何提高脱硫过程中脱硫剂与铁水的接触时间和接触概率、强化脱硫化学反应,将直接影响到脱硫生产的技术经济指标。本文应用FLUENT软件,运用多重参考系坐标法(MRF),采用欧拉多流体模型和标准k-ε湍流模型,分别对KR机械搅拌法和喷吹法脱硫过程中镁颗粒与铁水的流动混合行为进行了数值模拟。研究了各种搅拌脱硫工艺参数对铁水罐内镁脱硫剂与铁水混合过程的影响,分析比较了最佳的搅拌工艺参数,并对搅拌工艺进行了适当的优化。对于KR机械搅拌法脱硫,本文基于固-液两相流的计算体系,研究了不同搅拌工况下镁脱硫剂与铁水的混合状况。比较了桨叶的转速、浸入深度、偏心距等对混合过程的影响。在此基础上,本文将KR机械搅拌法与喷吹法相结合,开发了一种新型喷吹脱硫方法。基于气-液两相流的计算体系,研究了这种新型喷吹脱硫方法中通气量、喷口插入深度、偏心喷吹的偏心度等变量对液体中含气率分布的影响以及气相的运动规律。KR机械搅拌法的模拟结果表明,脱硫剂在铁水中的混合效果随着转速的增加而提高,考虑到搅拌功率的消耗,最佳转速为120r/min;搅拌桨的最佳浸入深度为熔池内液面高度的2/3;偏心搅拌时的混合效果要好于中心搅拌时的混合效果,最佳的偏心距离大约为罐体半径的1/3。新型喷吹法的模拟结果表明,较深的喷口位置更有利于气相的溶解,可增加气相在液体中的停留时间;通气量越大其熔池内总含气率越大;偏心喷吹的效果强于中心喷吹的效果,最佳偏心度大约为罐体半径的1/4。本文的研究结果对于优化铁水预处理脱硫工艺具有一定的指导意义。
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