90復吹轉(zhuǎn)爐底槍布置的物理模擬試驗

90復吹轉(zhuǎn)爐底槍布置的物理模擬試驗

根據(jù)近年來的研究，復合吹掃爐的底槍應根據(jù)鍋爐容量采用適當?shù)牡讟寯?shù)，并沿耳軸方向配置，有效縮短池混播時間。本研究針對福建三鋼(集團)有限公司煉鋼廠(以下簡稱三明鋼廠)90t復吹轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有的底槍支數(shù)和布置以及操作工藝參數(shù),采取物理模擬試驗方法,確定最佳的復吹轉(zhuǎn)爐底槍支數(shù)和布置,并進行現(xiàn)場復吹轉(zhuǎn)爐優(yōu)化工藝研究。1實驗方法1.1實驗模型和轉(zhuǎn)爐底槍的設置,為冷態(tài)水模實驗根據(jù)相似理論,進行復吹轉(zhuǎn)爐流動混勻的物理模擬時,要保證原型與模型的幾何相似和動力相似。在幾何相似的前提下,保證原型與模型的修正弗魯?shù)聹蕯?shù)相等。修正的弗魯?shù)聹蕯?shù)為:式(1)中,U為氣體流速,m/s,ρg為氣體的密度,kg/m3;ρl為液體的密度,kg/m3;L為特征尺寸,m;g為重力加速度,m/s2。由模型與原型的修正弗魯?shù)聹蕯?shù)相等,得:式(2)中,m表示模型,p表示原型。將式(1)代入式(2),并利用流量Q與流速和流通面積的關系,得出模型氣體流量計算式:在本實驗中,根據(jù)原型轉(zhuǎn)爐尺寸和實驗室條件,選定幾何相似比為1∶8.5。考慮到爐役中期時間最長,試驗以爐役中期的轉(zhuǎn)爐內(nèi)型為原型。對轉(zhuǎn)爐底槍支數(shù)和布置進行優(yōu)化研究,分別對對稱布置和非對稱布置進行冷態(tài)水模實驗。原型轉(zhuǎn)爐采用6支底槍,布置位置如圖1中方案1。為考察對稱布置的攪拌效果,在模型轉(zhuǎn)爐底槍布置的基礎上增加了0.4D位置,布置6支底槍的方案2和0.5D位置布置4支底槍的方案3,如圖1所示。實驗中著重對非對稱布置的攪拌效果進行研究,選取4支(方案4)、5支(方案5)和6支(方案6)3個方案,如圖2所示。1.2復吹系統(tǒng)仿真水模實驗設備與文獻相同,用水模擬鋼液,壓縮空氣模擬氧氣和底吹氣體,測定熔池混勻時間研究不同復吹工藝和底槍布置對熔池攪拌的影響。實驗工藝參數(shù)見表1~3。2實驗室結果與討論2.1不同頂槍強度下,底吹氣力隨底吹強度的變化對3種對稱布置的方案在不同底吹流量下的混勻時間取平均值,得到圖3。由圖3可知,隨頂吹氣體流量的增加,3種方案的混勻時間下降幅度不大,混勻時間比較長,在45~61s之間。圖4為方案1在不同頂槍槍位條件下,底吹供氣強度對溶池混勻時間的影響。從圖4可知,采用方案1布置底槍時,溶池混勻時間只有在槍位為1.0m時混勻時間隨底吹強度的增加而減少,而其它槍位時混勻時間變化不大。說明按方案1布置底槍時,通過改變底吹供氣強度很難縮短熔池混勻時間是方案1在實際生產(chǎn)中攪拌效果差的直接原因。2.2區(qū)域內(nèi)勻場的變化底槍沿耳軸非對稱布置條件下的熔池混勻時間測定結果如圖5所示。頂吹氣體流量在18000~22000m3/h的范圍變化時,方案5、6的混勻時間比方案4小得多;當氧流量超過22000m3/h后,方案4的混勻時間顯著降低,而方案5、6的混勻時間增加。與對稱布置相比,非對稱布置的熔池混勻時間更低,在36~47s之間。比方案1平均縮短了28%;比方案2、3縮短了25%左右。因此,按方案6布置底槍熔池混勻時間最短。圖6所示,按方案6布置底槍時,在不同頂槍槍位條件下混勻時間均隨底吹供氣強度增強而縮短。試驗結果表明,底槍沿耳軸非對稱布置的混勻時間要比對稱布置短的多。其原因是,對稱布置時底槍氣液上升流各自獨立攪拌周圍的液體,形成各自獨立攪拌區(qū),各攪拌區(qū)之間的質(zhì)量交換速度慢。而底槍非對稱布置時,底槍的氣液上升流除了攪拌周圍液體外,從示蹤劑錄像試驗觀察到氣液上升流有相互作用,形成水平流,推動溶池產(chǎn)生水平循環(huán)流動,加速了溶池內(nèi)的傳質(zhì)速度,從而使溶池的混勻時間縮短。這一點也與文獻的論述一致。3底槍沿耳軸方向非對稱布置的新鋼5.2分析基本工況條件:頂吹氧氣流量19500m3/h,槍位控制采用低—高—低的模式。由實驗室優(yōu)化得到的6號底槍沿耳軸非對稱布置方案,應用到三明鋼廠90t轉(zhuǎn)爐上,經(jīng)過現(xiàn)場冶煉Q235鋼種終點取樣分析,結果示于表4。從表4數(shù)據(jù)可知,底槍沿耳軸方向非對稱布置的現(xiàn)役1號復吹轉(zhuǎn)爐冶煉終點各項技術指標較原來的對稱布置均得到很大改善。終點鋼中氧質(zhì)量分數(shù)平均降低了0.016%;終點鋼中碳與氧值乘積平均下降6×10-4;終點鋼中錳質(zhì)量分數(shù)提高0.029%;終渣T.Fe質(zhì)量分數(shù)下降2.21%;現(xiàn)役1號轉(zhuǎn)爐終點鋼中碳與氧值乘積在0.0024以下的爐數(shù)占36%,是原來的7倍多。以上的數(shù)據(jù)說明,底槍優(yōu)化布置的現(xiàn)役1號復吹轉(zhuǎn)爐冶煉終點各項技術指標更加接近熔池[C][O]反應的平衡,表明熔池攪拌效果好,有利于避免鋼渣過氧化。4優(yōu)化改造方案2、3(1)對三明鋼廠90t復吹轉(zhuǎn)爐,采用4、5、6支底槍沿耳軸方向非對稱布置,其純底吹熔池混勻時間平均為36~47s。比對稱布置的方案1平均縮短了28%;比方案2、3縮短了25%左右。(2)冷態(tài)水模實驗表明,對于復吹轉(zhuǎn)爐,通過優(yōu)化底槍布置,能夠顯著縮短熔池混勻時間。(3)實際應用結果表明,