转炉用聚合射流氧枪模拟研究

发布时间：2021-06-20 12:20

　　聚合射流氧枪作为一种新型氧枪,通过在喷头四周添加环绕副孔,使副孔通入的伴随气体之间发生燃烧反应形成高温低密度的火焰保护主氧射流。与传统超音速氧枪相比,其具有主氧射流衰减慢、射流势能核心区长等优点。该技术被推出后很快在全球范围内被广泛关注,在电炉炼钢上进行了普遍应用并获得成功,但是在转炉上的使用较少。鉴于现在转炉吨位的逐渐增大,以及传统吹炼方式遇到的问题,对转炉用聚合射流氧枪的研究变得日益重要。本文以120t转炉用聚合射流氧枪为研究对象,通过Fluent软件进行数值模拟,对聚合射流的形成原因进行基础研究。用模拟结果来比较聚合射流氧枪喷头结构的变化对聚合射流的影响,以得到比较合理的聚合射流氧枪的设计。选用不同种类的燃气进行伴随保护,采用对比分析选择最为适合的伴随燃气,分析伴随燃气的压力和环境温度的变化对燃烧火焰长度和聚合射流流场的影响。最后模拟聚合射流氧枪和传统超音速氧枪顶吹熔池的气液两相流,并对模拟结果进行分析,为聚合射流氧枪应用于转炉上的可行性提供参考。通过数值模拟研究得到以下主要结论:（1）用燃气伴随能够对主氧射流起到屏蔽保护作用,有效地降低了主氧射流与射流空间内的环境气体间的卷吸作... 

【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1 引言
    1.2 炼钢概述
        1.2.1 炼钢的基本任务
        1.2.2 炼钢的基本方式
        1.2.3 转炉炼钢的方式和发展
        1.2.4 我国转炉炼钢的发展现状
    1.3 转炉炼钢的供氧制度
        1.3.1 氧枪喷头结构形式
        1.3.2 供氧压力和供氧强度
        1.3.3 供氧制度中的枪位操作
    1.4 氧枪喷头超音速氧气射流核心区长度及研究状况
    1.5 聚合射流氧枪
        1.5.1 聚合射流氧枪的工作原理
        1.5.2 聚合射流氧枪的特点
        1.5.3 聚合射流氧枪技术的研究现状
        1.5.4 聚合射流氧枪的应用现状
    1.6 氧气射流与炼钢熔池相互作用的研究状况
        1.6.1 氧气射流与炼钢熔池相互作用的研究意义
        1.6.2 氧气射流与炼钢熔池相互作用的研究方法和结果
    1.7 课题研究的内容及创新性
        1.7.1 课题研究的内容
        1.7.2 课题研究的创新性
2. 氧枪喷头及转炉物理模型的建立
    2.1 氧枪喷头尺寸的确定
        2.1.1 氧枪喷头的马赫数选取及供氧量的确定
        2.1.2 喷头各部分尺寸确定
    2.2 转炉尺寸的确定
        2.2.1 炉型设计
        2.2.2 转炉设计的主要参数
        2.2.3 熔池的尺寸
    2.3 传统超音速氧枪结构
    2.4 聚合射流氧枪结构
    2.5 氧枪射流流场物理模型的建立
    2.6 氧枪射流流场的网格划分
    2.7 顶吹氧气转炉物理模型的建立及网格的划分
3. 数学模型的建立
    3.1 基本控制方程
    3.2 湍流模型
    3.3 化学反应模型
    3.4 多相流模型
    3.5 边界条件
4. 聚合射流氧枪流场特性研究
    4.1 伴随气体入.压力的确定
    4.2 火焰伴随流对主氧射流的聚合效果分析
        4.2.1 射流速度场模拟结果分析
        4.2.2 射流温度场和密度场模拟结果分析
    4.3 副孔结构参数对聚合射流流场的影响
        4.3.1 副孔宽度对聚合射流流场的影响
        4.3.2 孔间距对聚合射流流场的影响
    4.4 伴随燃气种类对聚合射流流场的影响
    4.5 伴随燃气压力对聚合射流流场的影响
    4.6 环境温度对聚合射流流场的影响
    4.7 本章小结
5. 氧枪与炼钢熔池之间的数值模拟研究
    5.1 顶吹氧气转炉的气液两相流流动
        5.1.1 传统超音速氧枪和聚合射流氧枪顶吹熔池的比较
        5.1.2 熔池内中心轴线上的钢液速度分布
        5.1.3 两种氧枪顶吹熔池时中线轴线上氧气射流的衰减情况
        5.1.4 传统超音速射流和聚合射流对熔池的冲击深度
    5.2 不同枪位下对聚合射流氧枪顶吹熔池的影响
        5.2.1 不同枪位下的气液两相流动
        5.2.2 不同枪位下熔池内中心轴线上的钢液速度分布
        5.2.3 不同枪位下中心轴线上氧气射流的衰减情况
        5.2.4 不同枪位下的冲击深度
    5.3 不同环境温度下对聚合射流氧枪顶吹熔池的影响
        5.3.1 不同环境温度下的气液两相流动
        5.3.2 不同环境温度下熔池内中心轴线上的钢液速度分布
        5.3.3 不同环境温度下中心轴线上氧气射流的衰减情况
        5.3.4 不同环境温度下的冲击深度
    5.4 本章小节
6. 结论
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合射流氧枪射流特性的数值模拟及应用[J]. 傅振祥,潘贻芳,王宝明,蔡振胜,李树庆,任茂勇,赵宏欣,袁章福.  炼钢. 2011(06)
[2]氧气顶吹转炉的三相流数值模拟[J]. 董凯,朱荣,何春来,魏鑫燕,刘福海.  过程工程学报. 2011(01)
[3]炼钢氧枪的集束射流数值模拟研究[J]. 李三三,朱荣,李存牢.  冶金能源. 2010(05)
[4]集束射流氧枪技术及应用[J]. 沈明钢,耿继双.  鞍钢技术. 2010(03)
[5]30t转炉用集束射流氧枪的基础研究[J]. 李存牢,王慧霞,朱荣,石立光,仇永全.  过程工程学报. 2009(S1)
[6]炼钢集束氧枪高温射流特性的数值模拟及应用[J]. 韩丽辉,朱荣,焦玉亮.  过程工程学报. 2009(S1)
[7]聚合射流流场的仿真模拟[J]. 刘坤,朱苗勇,王滢冰.  钢铁研究学报. 2008(12)
[8]转炉氧枪顶吹工艺的水力学模拟[J]. 包丽明,刘坤,吕国成,杨晶晶.  特殊钢. 2007(05)
[9]集束射流技术在炼钢生产中的应用[J]. 连文敬,袁守谦.  工业加热. 2006(06)
[10]燃气伴随射流在凝聚射流氧枪工作中的性状分析[J]. 唐初阳,马庆元.  冶金能源. 2005(06)

硕士论文
[1]聚合射流氧枪燃气伴随流的数值模拟[D]. 曹生亮.辽宁科技大学 2014
[2]聚合射流氧枪与炼钢熔池相互作用的仿真研究[D]. 高攀.辽宁科技大学 2013
[3]天然气再燃还原NO的数值模拟研究[D]. 孙华伟.山东大学 2011
[4]复吹转炉炼钢的流场数值模拟[D]. 朱丽伟.武汉科技大学 2011
[5]超音速聚合射流氧枪射流特性的基础研究[D]. 吕国成.辽宁科技大学 2009
[6]聚合射流氧枪射流特性的数值模拟[D]. 杨春.辽宁科技大学 2008



本文编号：3239182