專利名稱：一種轉爐水模型實驗模擬裝置及模擬方法
技術領域：
本發明屬于實驗設備領域，用實驗室裝置采用冷態模擬來再現轉爐生產過程，通過改變工藝來考察不同工藝參數對轉爐生產的影響。
背景技術：
轉爐是目前世界上使用最普遍的煉鋼設備，其中轉爐鋼產量占到70%左右，可見轉爐煉鋼的重要性。頂底復吹轉爐是在綜合了上述頂吹和底吹轉爐技術優點，為了克服其缺點而發展起來的。復合吹煉技術能夠改善熔池的攪拌，從而縮短鋼水溫度和成分的混勻時間[I]。轉爐頂底復合吹煉技術的核心之一是如何對轉爐熔池的攪摔強度進行有效的調節和控制[2]。針對所確定的轉爐噸位和爐型，研究氧槍和底吹供氣的結構，研究底吹氣量 與頂吹的配合等，從而使復吹轉爐達到最佳的冶金效果，縮短熔池的混勻時間，以充分發揮頂底復合吹煉的技術優勢是非常有意義的工作。對復吹轉爐進行物理模擬(水力學模擬)研究并輔助數值模擬，就能夠實現上述目標[3]。目前，國內外學者針對轉爐冶煉工藝已經開展了大量的研究工作，主要是采用界面化學反應、流動和擴散、神經網絡等方法研究轉爐的熔煉過程，優化轉爐的冶煉工藝，縮短冶煉時間并對轉爐進行動態控制。對轉爐頂底復吹物理模擬的研究，國內已做了很多工作，國外則相對較少。
發明內容
本發明目的是利用水模型來模擬轉爐煉鋼生產過程，通過調整影響參數建立正交試驗，得到最佳的冶煉參數，對生產有一定的指導作用。一種轉爐水模型實驗模擬裝置，其特征在于包括有機玻璃轉爐模型1，頂吹氧槍模擬裝置2，支架3，電機箱體4，電機5，氧槍把持器6，絲杠7，光杠8 ;爐底透氣塞9 ;有機玻璃轉爐模型I和電機箱體4固定于支架3上，頂吹氧槍模擬裝置2由氧槍把持器6固定并懸于有機玻璃轉爐模型I內部，由電機5帶動絲杠7旋轉上下行使得氧槍把持器6帶動頂吹氧槍模擬裝置2沿光杠8軌跡上下移動，有機玻璃轉爐模型I底部設6-12個吹氣孔，裝有6-12個爐底透氣塞9 (模擬吹氬裝置)沿轉爐底1/2模擬實際轉爐生產狀況，滿足模擬過程中“硬吹”和“軟吹”的要求。轉爐本體按照實際轉爐尺寸成比例縮小，用有機玻璃制成模型。采用頂底復吹工藝，頂部采用氧槍模型吹氣，底部設6-12個吹氣孔，可按照實驗需要采用環縫噴嘴或其他類型噴嘴。這樣，轉爐模型可實現基本的頂底復吹功能，可根據具體要求模擬轉爐生產，利用一定的儀器和輔助設備測試需要的數據。本發明特點為第一根據現在生產槍頭對噴吹效果的影響，按照生產實際使用氧槍槍頭實際尺寸成比例縮小，測試不同規格的氧槍噴頭、氧槍槍位、氣體流量等對噴吹效果的影響。
第二采用電導率儀測試液體混勻時間。測定方法主要采用“刺激影響”技術，即檢測示蹤劑含量的方法來檢測熔池內熔體的流動情況。實際測定中，主要測定溶液PH或電導率來確定示蹤劑含量變化的方法用以測定混勻時間。第三，以水模擬鋼液，機油模擬爐渣，苯甲酸模擬氧氣作為示蹤劑，測試不同工藝參數對渣鋼間傳質速率的影響。由于轉爐冶煉過程中，噴濺現象的發生對冶煉過程極為不利，其金屬損失率為
O.5% 5%，嚴重的影響了轉爐冶煉過程的金屬收得率。同時，嚴重的噴濺還會造成轉爐爐襯的侵蝕、氧槍槍頭燒損等事故，在損失大量熱量的同時，嚴重限制了供氧強度的提高、影響了冶煉過程的順利進行。本發明采用以下實驗步驟
I、實驗室采用濾紙收集轉爐爐口濺出水量的方法進行測定。測定前先稱量所選用濾紙的質量，把濾紙放置在轉爐爐口周圍，噴吹3min后取下濾紙，測定濾紙與吸附水的總質量，通過差減法即可計算出單位時間內的爐口濺出量。
2、進行復吹轉爐水模研究。研究頂吹和底吹氣體的氣量大小的不同、氣體壓力的不同，底吹和頂吹氣體量的不同比例、頂吹槍位高低不同等對熔池攪拌效果、熔池的流動狀態、熔池的混勻程度與混勻時間等的影晌。測定方法主要采用“刺激影響”技術，即檢測示蹤劑含量的方法來檢測熔池內熔體的流動情況。實際測定中，主要測定溶液PH或電導率來確定示蹤劑含量變化的方法用以測定混勻時間。具體操作見圖1，轉爐熔池中加入電解溶液時，電導率在一定時間內達到峰值，隨著熔池內溶液的攪拌，電導率-時間變化曲線趨于平緩，說明電解質在熔池內趨近于混勻。實驗中定義變化曲線波動低于5%左右時所對應的時間表示混勻時間。3、用水模擬鋼水，機油模擬渣，苯甲酸模擬氧。其主要原理是苯甲酸具有既溶于水又溶于機油的特性，將其作為在互不相溶兩相流體中的傳遞物質，即示蹤劑。通過測定溶于機油中的苯甲酸向水中的傳遞速率，來考察不同條件時示蹤劑在兩相中的傳遞速率。本發明在實驗中分別比較在純底吹、純項吹和頂底復合吹煉條件下苯甲酸從機油到水和水到機油時的苯甲酸在水中的濃度，通過多組正交實驗得出最佳的頂底復吹工藝。通常在轉爐參數優化時往往定性考察各單一因素，如項吹流量、底吹流量或槍位對均混時間或傳質系數的影響。若把這些單一的因素聯系在一起，與熔池傳質特性建立關系式會對使參數的優化產生更好的結果。
圖I為轉爐頂底復吹模型示意。圖中1_有機玻璃轉爐模型，2-頂吹氧槍模擬裝置，3-支架,4-電機箱體,5-電機,6-氧槍把持器,7-絲杠,8-光杠；
圖2為轉爐底吹氬氣分布圖。圖中9_爐底透氣塞(模擬吹氬裝置)。圖2中，轉爐本體I固定于鋼支架3上，帶有多空銅頭的氧槍模擬裝置3由氧槍把持器4固定并懸于轉爐本體I內部，由電機5帶動絲杠旋轉上行使得氧槍把持器帶動氧槍沿光杠軌跡上下移動，滿足模擬過程中“硬吹”和“軟吹”的要求。12個爐底透氣塞沿轉爐底1/2半徑處均勻排布，接入氧氣瓶即可模擬生產中轉爐底吹氬氣的過程。可根據不同模擬需要選擇數個吹氬裝置進行模擬。圖3為水模型來模擬轉爐煉鋼生產過程工藝流程圖。
具體實施例方式一種轉爐水模型實驗模擬裝置，其特征在于包括有機玻璃轉爐模型1，頂吹氧槍模擬裝置2，支架3，電機箱體4，電機5，氧槍把持器6，絲杠7，光杠8 ;爐底透氣塞9 ;有機玻璃轉爐模型I和電機箱體4固定于支架3上，頂吹氧槍模擬裝置2由氧槍把持器6固定并懸于有機玻璃轉爐模型I內部，由電機5帶動絲杠7旋轉上下行使得氧槍把持器6帶動頂吹氧槍模擬裝置2沿光杠8軌跡上下移動，有機玻璃轉爐模型I底部設6-12個吹氣孔，裝有6-12個爐底透氣塞9 (模擬吹氬裝置)沿轉爐底1/2模擬實際轉爐生產狀況，滿足模擬過程中“硬吹”和“軟吹”的要求。實驗步驟如下
I、實驗室采用濾紙收集轉爐爐口濺出水量的方法進行測定。測定前先稱量所選用濾紙的質量，把濾紙放置在轉爐爐口周圍，噴吹3min后取下濾紙，測定濾紙與吸附水的總質量，通過差減法即可計算出單位時間內的爐口濺出量。 2、進行復吹轉爐水模研究。研究頂吹和底吹氣體的氣量大小的不同、氣體壓力的不同，底吹和頂吹氣體量的不同比例、頂吹槍位高低不同等對熔池攪拌效果、熔池的流動狀態、熔池的混勻程度與混勻時間等的影晌。測定方法主要采用“刺激影響”技術，即檢測示蹤劑含量的方法來檢測熔池內熔體的流動情況。實際測定中，主要測定溶液PH或電導率來確定示蹤劑含量變化的方法用以測定混勻時間。具體操作見圖1，轉爐熔池中加入電解溶液時，電導率在一定時間內達到峰值，隨著熔池內溶液的攪拌，電導率-時間變化曲線趨于平緩，說明電解質在熔池內趨近于混勻。實驗中定義變化曲線波動低于5%左右時所對應的時間表示混勻時間。3、用水模擬鋼水，機油模擬渣，苯甲酸模擬氧。其主要原理是苯甲酸具有既溶于水又溶于機油的特性，將其作為在互不相溶兩相流體中的傳遞物質，即示蹤劑。通過測定溶于機油中的苯甲酸向水中的傳遞速率，來考察不同條件時示蹤劑在兩相中的傳遞速率。
權利要求
1.一種轉爐水模型實驗模擬裝置，其特征在于包括有機玻璃轉爐模型(I)，頂吹氧槍模擬裝置(2 )，支架(3 )，電機箱體(4 )，電機(5 )，氧槍把持器(6 )，絲杠(7 )，光杠(8 );爐底透氣塞(9);有機玻璃轉爐模型(I)和電機箱體(4)固定干支架(3)上，頂吹氧槍模擬裝置(2)由氧槍把持器(6)固定并懸于有機玻璃轉爐模型(I)內部，由電機(5)帶動絲杠(7)旋轉上下行使得氧槍把持器(6 )帶動頂吹氧槍模擬裝置(2 )沿光杠(8 )軌跡上下移動，有機玻璃轉爐模型(I)底部設6-12個吹氣孔，裝有6-12個爐底透氣塞(9)。
2.ー種采用權利要求I所述轉爐水模型實驗模擬裝置的模擬方法，其特征在于 第一，根據現在生產槍頭對噴吹效果的影響，按照生產實際使用氧槍槍頭實際尺寸成比例縮小，測試不同規格的氧槍噴頭、氧槍槍位、氣體流量等對噴吹效果的影響； 第二采用電導率儀測試液體混勻時間； 測定方法主要采用“刺激影響”技木，即檢測示蹤劑含量的方法來檢測熔池內熔體的流動情況；實際測定中，通過測定溶液PH或電導率來確定示蹤劑含量變化的方法用以測定混勻時間； 第三，以水模擬鋼液，機油模擬爐渣，苯甲酸模擬氧氣作為示蹤劑，測試不同エ藝參數對渣鋼間傳質速率的影響。
3.ー種采用權利要求I所述轉爐水模型實驗模擬裝置的模擬方法，其特征在于采用以下實驗步驟 1)、實驗室采用濾紙收集轉爐爐ロ濺出水量的方法進行測定；測定前先稱量所選用濾紙的質量，把濾紙放置在轉爐爐ロ周圍，噴吹3min后取下濾紙，測定濾紙與吸附水的總質量，通過差減法即可計算出単位時間內的爐ロ濺出量； 2)、進行復吹轉爐水模研究研究頂吹和底吹氣體的氣量大小的不同、氣體壓カ的不同，底吹和頂吹氣體量的不同比例、頂吹槍位高低不同對熔池攪拌效果、熔池的流動狀態、熔池的混勻程度與混勻時間的影晌；測定方法采用“刺激影響”技木，即檢測示蹤劑含量的方法來檢測熔池內熔體的流動情況；實際測定中，通過測定溶液PH或電導率來確定示蹤劑含量變化的方法用以測定混勻時間；轉爐熔池中加入電解溶液吋，電導率在一定時間內達到峰值，隨著熔池內溶液的攪拌，電導率-時間變化曲線趨于平緩，說明電解質在熔池內趨近于混勻；實驗中定義變化曲線波動低于5%時所對應的時間表示混勻時間； 3)、用水模擬鋼水，機油模擬渣，苯甲酸模擬氧；根據是苯甲酸具有既溶于水又溶于機油的特性，將其作為在互不相溶兩相流體中的傳遞物質，即示蹤劑；通過測定溶于機油中的苯甲酸向水中的傳遞速率，來考察不同條件時示蹤劑在兩相中的傳遞速率。
全文摘要
一種轉爐水模型實驗模擬裝置，屬于實驗設備領域。包括有機玻璃轉爐模型1，頂吹氧槍模擬裝置2，支架3，電機箱體4，電機5，氧槍把持器6，絲杠7，光杠8；爐底透氣塞9；轉爐模型和電機箱體固定于支架上，頂吹氧槍模擬裝置由氧槍把持固定并懸于有機玻璃轉爐模型內部，電機帶動絲杠旋轉上下行使得氧槍把持器帶動頂吹氧槍模擬裝置沿光杠軌跡上下移動，轉爐模型底部裝有6-12個爐底透氣塞。本轉爐模型可實現基本的頂底復吹功能，可根據具體要求模擬轉爐生產，利用一定的儀器和輔助設備測試需要的數據。
文檔編號C21C5/42GK102778131SQ20121027645
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者孫彥輝, 馬文 申請人:北京科技大學