底吹熔池氧枪排布对气体振荡射流强化搅拌效果的定量评价

发布时间：2025-02-07 16:51

　　 为阐明底吹熔池气体射流振荡强化搅拌机制,提出了基于Betti数来定量表征底吹气体振荡射流强化搅拌效果的新途径,并以此为评价标准提出底吹炉氧枪排布的优化方案。首先,基于正交试验理论,设计了多水平因子水模型实验方案;其次,运用摄像设备捕捉了19组底吹水模型容器内气液流态演化过程的连续图片,通过图像处理技术得到连续流态图片的Betti数;最后,通过Betti数的分布规律来实现不同工况下气体射流振荡搅拌效果的差异化表征。结果表明:在单排氧枪排布方式下,在0°～14°范围枪倾角越大,射流产生气泡数量越多,分布更为均匀;在双排氧枪排布方式下,非对称喷吹的射流振荡搅拌效果明显更好,且采用0°与7°倾角的特征数值更为理想。

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【部分图文】：

图1 底吹熔池水模型

本实验过程主要通过拍摄不同底吹氧枪排布方式下熔池内喷吹气体射流形态变化过程。依据底吹熔炼炉的主要结构参数及张振扬等[6-7]有关氧枪排布对底吹熔池流场影响的研究内容。制作与真实底吹炉大小为1:10相似水模型，其结构如图1所示，水模型直径为0.36m，长1.2m，底部均匀分布7....

图2 底吹熔池实验装置示意图

本实验过程主要借助高速摄像仪设备，对水模型实验中的气体在熔体流动状况进行拍摄。为了简化实验内容，在实验过程中保证总的气体流量为2.0m3/h及氧枪直径0.04m不变，且实验周围环境条件均相同的条件下进行。具体实验步骤如下。1)在所有的实验中，假定在初始时间熔池为静止状态，不考....

图3 图像处理步骤

针对底吹炉底吹气流的特殊性，经过图像分析后若玻璃反应器中块的个数变化幅度小，表示气泡团聚或分裂程度以及射流摇摆幅度小，底吹气体射流稳定性好，此外，在这些结块中洞的个数，表示底吹炉中气泡个数，反映了气泡混合均匀性程度，气泡个数越多代表该种喷吹方式下熔池含有的气体量大，矿料颗粒与氧气....

图4 单排氧枪不同工况下第0维Betti数时间序列

根据图4统计结果，计算出各个工况下第0维Betti数的均值和振幅，其数值大小以及变化趋势如下表2、图5及图6所示。图5单排氧枪不同工况下第0维Betti数均值变化

本文编号：4031016