涌动扒渣过程中的参数优化

作     者：皮柔 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李胜利

授予年度：2023年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：涌动扒渣 数值模拟 参数优化 多相流 

摘      要：铁水脱硫处理后,产生的大量高硫渣漂浮在铁水液面,既占用铁水包容量,又容易出现“回硫,必须在进入下一工序前去除,通常称为扒渣。常用的扒渣处理方法为机械扒渣法,采用扒渣板或者捞渣板反复扒渣,铁损大,效率低。近年来,一种吹气加机械扒渣的涌动式扒渣工艺在生产中以除渣效率高、铁损少、成本低等优点而得到应用。但对于该工艺的研究大都停留在基于实验室的简单研究和企业的经验积累,缺少理论上的支撑。本文以国内某钢铁企业的125 t铁水包为研究对象,在实验室研究的基础上,结合多相流数值分析,对扒渣过程进行了模拟分析,提出了具有实践指导意义的工艺参数优化方案,为涌动扒渣工艺的推广应用提供理论支撑和参数优化指导。根据几何相似原理,在实验室建立了1:5的水模型,通过水模拟试验与Fluent数值模拟,探明了涌动式扒渣工艺的赶渣机理,再分析对比两者所得结果,验证数值模拟的有效性。通过对涌动扒渣水模型试验结果和数值模拟的研究,比较分析水模的试验结果与计算模拟数据,确定了二者具有很好的一致性,数值模拟也可以为现实工业生产提出了依据。建立了125 t铁水包铁水-渣-空气流动的三维数学模型,系统探究了涌动扒渣过程中喷枪吹气流量、插入深度、插入位置、渣层厚度等工艺参数对赶渣效果、液面波动情况等的影响规律。在对涌动式扒渣过程数值模拟的研究中,综合考虑各工艺参数对无渣层区域面积、长度、宽度和液面波动高度的影响,得出喷枪吹气流量为300 m/h左右时,就能达到较好的驱渣效果;喷枪插入深度在800～1000mm时满足涌而不喷溅的条件,此时最有利于扒渣;喷枪插入位置为0.4P左右时,驱渣效果最好,最有利于扒渣。在不同的渣层厚度下最佳工艺参数不同,为了达到最好的扒渣效果,探究不同渣层厚度下的最佳工艺参数极其重要。经过修正换算后,确定工业生产中最佳的喷吹气体流量约为100 Nm/h,最佳的喷枪插入深度范围为800～1000 mm,喷枪插入位置在距离后包壁600～700 mm处时能达到最佳的驱渣效果,提高扒渣效率,为铁水扒渣的实际工业生产提供理论依据,保证钢铁公司低硫钢的稳定生产。