关键词：钢包;蓄热式烘烤;数值计算;周转;传热
摘 要：钢包作为钢-铸界面的钢水承载和冶炼容器,其热状态对钢水温度产生重要的影响。提高钢包热状态可以减少钢包周转过程钢水温降和降低转炉出钢温度,对炼钢生产过程有重要意义。目前应用于炼钢厂提高钢包热状态的技术主要有:蓄热式烘烤技术、钢包加盖技术、在线烘烤技术以及钢包实时跟踪及调度管理等。针对现有烘烤器使用过程中存在提温速度低、烘烤不均匀的问题,本文首先对钢包蓄热式烘烤器的核心部件蓄热体和烧嘴进行了数值模拟的优化研究,为蓄热体的优化选择和烧嘴的结构设计提供指导。利用有限体积软件Fluent,分别建立了蓄热体单孔道流固耦合瞬态传热模型和烧嘴喷射火焰的湍流和燃烧化学反应模型。研究了蜂窝蓄热体的孔型结构、孔边长以及换向时间对空气预热温度、蓄热体达到稳定工况时间、压力损失和蓄热体热效率的影响规律,在风机压力供给足够的情况下,四边形孔、2mm孔边长和15s换向时间是最佳设计和操作参数;对烧嘴研究了煤气孔个数、煤气喷入角度对烧嘴内、外火焰温度场的影响规律,喷入角度为20°、4煤气孔烧嘴有最大的火焰长度和火焰后段宽度,是大型钢包烘烤的最优结构参数。针对烘烤-包壁-钢水温度传热研究分离的现状,通过建立蓄热式烘烤—钢包传热—钢水传热的稳态和瞬态耦合计算模型,研究了冷修位烘烤过程中烘烤空气预热温度、煤气流量和空气流量对钢包热状态和钢水温度的影响规律。空气预热温度由925K增加至1225K时,钢水温降速率减少约0.022K/min;使重包过程钢水温降最小的烘烤煤气和空气流量分别为260Nm3/h和1500Nm3/h。钢包加盖和在线烘烤是两种提高钢包热状态的重要措施,针对缺少它们之间的效果对比的问题,建立空包加盖、重包加盖、不加盖以及在线烘烤的传热计算模型,分别研究了钢包周转过程使用包盖和在线烘烤时间对提高钢包热状态、降低钢水温降效果。重包和空包过程都加包盖与在线烘烤30min对保持钢包温度、减少钢水温降的效果几乎相同,能够减少重包过程钢水温降速率约0.11K/min。本文通过现场测温实验验证了计算模型的准确性,并结合现场生产数据验证了以上研究对现场提高烘烤效果和降低钢水温降、出钢温度具有重要作用,对于不同钢种,2017年比优化前2015年的转炉出钢温度降低5.8K～50.1 K。
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