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氧气顶吹转炉冶炼初期二次燃烧流场PIV测试研究

作　者: 金永丽
导　师: 李保卫；赵增武
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料学
关键词: 转炉 二次燃烧 PIV 速度场 试验
分类号: TF713
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


粒子成像测速技术(PIV)是近十几年来发展起来的一种非接触式流场测量技术,通过对流场图像的互相关分析获取流速信息,克服了接触式单点测量设备的局限性,能够进行二维和三维流场的测试,是一种非常有发展前景的无扰动流场测量技术。二次燃烧技术是改善转炉过程供热和提高热效率的有效措施之一,具有显著改善冶炼热平衡、合理利用能源、提高废钢比、投资少、效益高等优点。转炉二次氧射流的流动特性及其与炉内气相场的相互作用对于优化二次氧流股设计,进一步发挥二次燃烧的优越性具有重要的作用。本文在相似理论的指导下,设计建立了氧气顶吹转炉二次燃烧流场测试试验台,采用先进的速度测试手段——PIV,测量了氧气顶吹转炉冶炼初期二次燃烧的冷态流场,分析研究了二次氧孔中心线与氧枪中心线的夹角、二次氧孔数目、二次氧孔与熔池面距离对流场结构的影响。研究发现氧气顶吹转炉冶炼初期二次燃烧的主要燃烧区域流场结构主要由内侧回流区、二次氧射流区、外侧回流区三部分组成;二次氧孔中心线与氧枪中心线的夹角强烈影响气体流动特征,随着夹角逐渐增大,射流内侧回流区体积增大,可加快氧射流与CO等的混合与燃烧,但夹角过大,加大了对转炉内衬的冲刷,同时降低了热量传输效率;二次氧孔数目对二次燃烧流场有一定的影响,当二次氧孔数目增多时,内侧回流区体积增加,氧射流边界层变宽,外侧回流区体积减小;随着二次氧孔与熔池面距离的逐渐增加,氧射流沿着垂直流股方向上扩展,内侧回流区体积逐渐增大,外侧回流区体积逐渐减小,二次氧孔高度由300mm增加到400mm时的二次氧射流扩散性能明显要好于400mm到500mm的情况。本研究对改进二次燃烧氧枪设计,优化转炉生产工艺等有着重要的指导意义。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
引言  11-12
1 现代速度测量技术与设备  12-24
  1.1 粒子成像测速技术（PIV）  12-20
    1.1.1 粒子成像测速技术（PIV）的原理  12-14
    1.1.2 粒子成像测速技术（PIV）的系统结构和工作流程  14-15
    1.1.3 粒子成像测速技术（PIV）的应用  15-20
    1.1.4 粒子成像测速技术（PIV）的优点  20
  1.2 激光多普勒测速仪（LDV）  20-21
  1.3 热线热膜风速计（HWFA）  21-22
  1.4 五孔球探针  22
  1.5 毕托管  22-24
2 转炉二次燃烧技术及其研究进展  24-32
  2.1 转炉二次燃烧技术  24-28
    2.1.1 转炉二次燃烧特性  25-28
    2.1.2 二次燃烧技术的优点  28
  2.2 转炉二次燃烧氧枪  28-29
    2.2.1 二次燃烧氧枪的分类  28-29
    2.2.2 二次燃烧氧枪的结构特点  29
  2.3 转炉二次燃烧技术的研究进展  29-32
    2.3.1 理论研究  29-31
    2.3.2 实际使用  31-32
3 研究内容及试验模型  32-40
  3.1 研究目的与内容  32
    3.1.1 研究目的  32
    3.1.2 研究内容  32
  3.2 试验模型设计  32-40
    3.2.1 模型假设条件  32-33
    3.2.2 试验模型系统  33-37
    3.2.3 试验方案  37-40
4 试验与结果分析  40-74
  4.1 二次燃烧流场特征  40-47
    4.1.1 轴向速度分布  41-44
    4.1.2 径向速度分布  44-46
    4.1.3 不同轴向切面上二次燃烧流场  46-47
  4.2 二次氧孔夹角对二次燃烧流场的影响  47-57
    4.2.1 轴向速度分布  49-52
    4.2.2 径向速度分布  52-55
    4.2.3 二次氧孔夹角对炉壁内衬的影响  55-57
  4.3 二次氧孔数目对二次燃烧流场的影响  57-65
    4.3.1 轴向速度分布  58-61
    4.3.2 径向速度分布  61-65
  4.4 二次氧孔高度对二次燃烧流场的影响  65-73
    4.4.1 轴向速度分布  66-70
    4.4.2 径向速度分布  70-73
  4.5 小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-79
在学研究成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 转炉炼钢 > 熔炼过程及操作
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