底吹炉喷枪强化冷却仿真优化

发布时间：2021-07-02 14:38

　　针对现有喷枪冷却效果不佳的问题,对喷枪结构进行改进,将喷枪的外管内壁由光滑改为花纹结构,并对喷枪内的流动过程及喷枪周围枪口砖温度场进行模拟研究。仿真模拟结果表明,改进后的喷枪冷却效果明显优于原始喷枪,特征区域的平均温度降低了81 K,最高温度降低了60 K。此外,通过提高喷枪进口的气体压力和质量流量,使原始喷枪的冷却效果达到改进后喷枪的冷却效果,以计算改进后喷枪的能耗指标和物耗指标。结果表明,在本文冷却效果工况下（外管特征区域的平均温度为897 K左右）,改进后喷枪的能耗指标降低了22.9%,物耗指标降低了38.9%。 

【文章来源】：有色冶金节能. 2020,36(06)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

底吹喷枪剖面图

图1 底吹喷枪剖面图喷枪在使用过程中,外管温度最高,为了降低其使用温度,一般采用高速喷吹的气体或者汽水混合物进行冷却。为了增大空气的冷却面积,喷枪的外管一般设计为多孔结构,但是以往的设计通常是外管内壁光滑,次外层管壁呈多肋片状突起,其冷却效果有待提高。因此,本研究中设计了两种新型喷枪结构,并通过模拟对比其冷却效果。这两种新型喷枪只有前端花瓣头结构与原始方案有所区别,其余部分结构完全相同。对比例的花瓣头结构如图3所示。

喷枪在使用过程中,外管温度最高,为了降低其使用温度,一般采用高速喷吹的气体或者汽水混合物进行冷却。为了增大空气的冷却面积,喷枪的外管一般设计为多孔结构,但是以往的设计通常是外管内壁光滑,次外层管壁呈多肋片状突起,其冷却效果有待提高。因此,本研究中设计了两种新型喷枪结构,并通过模拟对比其冷却效果。这两种新型喷枪只有前端花瓣头结构与原始方案有所区别,其余部分结构完全相同。对比例的花瓣头结构如图3所示。利用GAMBIT软件对原始方案和改进后的两种方案的喷枪进行建模和网格划分。由于三种喷枪后端结构完全相同,只针对前端花瓣头进行建模。为了量化喷枪的冷却效果,对喷枪周围的枪口砖也进行建模,枪口砖区域的建模尺寸为200 mm×200 mm×210 mm。采用分块网格划分技术,对所建立的模型进行网格划分,总网格数为80万,网格扭曲度都在0.3以下,网格质量较高,满足计算需求。

【参考文献】：
期刊论文
[1]提高大型转炉氧枪喷头寿命的实践[J]. 王富亮,魏春新,徐国义,李超.  鞍钢技术. 2014(01)
[2]超音速火焰喷枪气体流场的数值模拟分析[J]. 王引真,张永昂,孙玉伟,冯涛.  兵器材料科学与工程. 2012(02)
[3]有叶增压器蜗壳内三维粘性可压缩流场的CFD模拟[J]. 杜爱民,田永祥,任洪娟.  内燃机工程. 2005(03)

博士论文
[1]氧气底吹熔炼炉内流体流动行为的模拟研究[D]. 王东兴.东北大学 2017
[2]铜底吹炉吹氧过程数值模拟及实验研究[D]. 余跃.北京科技大学 2017



本文编号：3260655