铁合金用摇包内流体运动模拟研究与工艺优化

发布时间：2020-10-11 09:40

　　 摇包是铁合金生产中,特别是生产中低碳锰铁与中低碳铬铁生产的重要设备。随着矿热炉容量的增大,与之匹配的摇包尺寸也相应增加。单纯依靠生产经验进行大型摇包的放大设计和摇包反应器工艺参数优化已不能满足生产需求。大型摇包设计和工艺优化需要相关的理论指导,其中之一便是偏心旋转下摇包内流体的运动规律。本文通过冷态模拟实验,系统研究了摇包内单相流体与两相流体的运动特征,并借鉴炼钢技术对铁合金用摇包工艺进行优化。摇包内单相流体模拟实验研究表明:摇包内单相液体运动状态与支点位置无关;支撑点个数或支撑点是否与摇床接触对摇包内流体运动状态没有影响;对于单相流体的偏心旋转运动,其流型随转速的提高而发生五种流型变化:平摆阶段、马鞍面旋转阶段、单峰波动阶段、多峰波动阶段与抛物面旋转阶段、随着摇包内水相高度的增大,出现不同阶段流型临界状态的临界转速均增大。采用去离子水模拟合金,采用机油和植物油模拟炉渣,选择不同直径的摇包在摇床上进行两相流体运动模拟试验,分别研究了在不同偏心距和油水体积比条件下随着转速增加摇包内两相流体运动的变化情况。研究发现:在相同油水体积比下,荷叶状临界转速随着摇包直径增大而减小,随着偏心距增大而减小。在相同偏心距下,油水体积比增大,荷叶状临界转速变大。在相同油水体积比下,偏心距增大,荷叶状临界转速变小。对所得实验数据进行量纲分析,回归得到出现荷叶状临界转速与偏心距、重力加速度、摇包直径及油水两相高度之间的定量关系为为进一步研究界面波周期变化规律,本文还采用高速摄像机对油水两相偏心旋转运动进行观察,研究发现:自由表面波的周期与摇包转动的周期相同,油水两相界面波的周期是摇包转动周期的两倍。依据法拉第波定义,荷叶状界面波本质上是一种偏心旋转运动下两相流体内存在的新型法拉第波。本文通过借鉴炼钢转炉溅渣护炉技术,首次提出了大型摇包溅渣护炉新工艺,以减少大型摇包炉衬侵蚀,提高炉衬使用寿命。同时,首次借鉴炼钢RH精炼炉,提出开发长短腿RH精炼炉用于铁合金生产中渣金两相搅拌的新型装备,以实现渣金两相的高效混合。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF33;TF63
【部分图文】：

小型摇包的结构示意图

德国G.H.W.公司改进的摇包[5]

常见摇包装置示意图
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本文编号：2836415