90復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底槍布置的物理模擬試驗(yàn)

90復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底槍布置的物理模擬試驗(yàn)

根據(jù)近年來的研究，復(fù)合吹掃爐的底槍應(yīng)根據(jù)鍋爐容量采用適當(dāng)?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(tuán))有限公司煉鋼廠(以下簡稱三明鋼廠)90t復(fù)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(yàn)方法,確定最佳的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底槍支數(shù)和布置,并進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)吹轉(zhuǎn)爐優(yōu)化工藝研究。1實(shí)驗(yàn)方法1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃娃D(zhuǎn)爐底槍的設(shè)置,為冷態(tài)水模實(shí)驗(yàn)根據(jù)相似理論,進(jìn)行復(fù)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?zhǔn)數(shù)相等。修正的弗魯?shù)聹?zhǔn)數(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?zhǔn)數(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(guān)系,得出模型氣體流量計算式:在本實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)原型轉(zhuǎn)爐尺寸和實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jìn)行優(yōu)化研究,分別對對稱布置和非對稱布置進(jìn)行冷態(tài)水模實(shí)驗(yàn)。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(chǔ)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(shí)驗(yàn)中著重對非對稱布置的攪拌效果進(jìn)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(fù)吹系統(tǒng)仿真水模實(shí)驗(yàn)設(shè)備與文獻(xiàn)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(fù)吹工藝和底槍布置對熔池攪拌的影響。實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)見表1~3。2實(shí)驗(yàn)室結(jié)果與討論2.1不同頂槍強(qiáng)度下,底吹氣力隨底吹強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度很難縮短熔池混勻時間是方案1在實(shí)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(jié)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(dāng)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(qiáng)度增強(qiáng)而縮短。試驗(yàn)結(jié)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(dú)立攪拌周圍的液體,形成各自獨(dú)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(yàn)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(diǎn)也與文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)室優(yōu)化得到的6號底槍沿耳軸非對稱布置方案,應(yīng)用到三明鋼廠90t轉(zhuǎn)爐上,經(jīng)過現(xiàn)場冶煉Q235鋼種終點(diǎn)取樣分析,結(jié)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(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)較原來的對稱布置均得到很大改善。終點(diǎn)鋼中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均降低了0.016%;終點(diǎn)鋼中碳與氧值乘積平均下降6×10-4;終點(diǎn)鋼中錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高0.029%;終渣T.Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降2.21%;現(xiàn)役1號轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)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(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)更加接近熔池[C][O]反應(yīng)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(fù)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(shí)驗(yàn)表明,對于復(fù)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(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,