底吹熔池射流振荡强化搅拌效果的数值模拟研究

溅较 为严重 。
余 跃 等 Ｗ 利 用 Ｖ Ｏ Ｆ 模 型 探 究 了 四 种 ，
喷 口 结 构 与 搅 拌 面 积 之 间 的 关 系 ， 发 现 弥 散 型 喷 口
结 构 对 搅 拌 较 为 有 利 。
基 于 上 述 众 多 学 者 针 对 底 吹 熔 池 熔 炼 过 程 及 ，
熔 池 搅 拌 的 研究 取 得 的 有 益 成 果 为 后 续 的 研 究 工 ，
１ ０ ｓ
（
内 四 个周期 ）
， 在炉体 高度方 向 上熔池 表面开始 阶段的
“ 喷涌
” 现 象
较为 明
显
４０ ｓ
，
后 液 面 波 动 会 维 持 稳 定 。
［ 关 键 词 ］ 底 吹 熔 池 熔 池 振 荡 Ｖ Ｏ Ｆ 模 型 数 值模 拟
；
；
；
中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 ［
Ｔ ］
Ｆ８ １ １［Fra bibliotekＡ］
［
］ １ ００ ３ － ８ ８ ８ ４ （ ２ ０ １ ９ ） ０２－ ０ ０５ ９ － ０７
DOI :10.19611 /j . cnki .cn11 -2919/t g . 2019. 02. 011
１ 简 介
在 冶 金 熔 池 熔 炼 工 艺 中 气 体 射 流 对 冶 炼 过 程 ，
ＶＯＦ
多 相流 和 标准
ｆ ｃ
－ ｓ
湍 流 模 型 ， 模 拟 底 吹 钢 包 气 － 液 － 渣 三 相 流 动 过 程 ，
探 究 底 吹 气 体 流 量 与 渣 眼无 量 纲 面 积 及 渣 眼 附 近 熔
体流 动之 间 的 关 系 。 张振 扬 等
借 助 数 值 模 拟 ，
建 立 底 吹 熔 池 气 液 两 相 流 的 三 维 数 学 模 型 ， 以 气 含
炼 技术
已广 泛在各种 冶金工艺
采 用 中
１ ［
＿
２ ］
。
因 底 吹 熔 池 内 存 在 着 较 为 复 杂 的 气 液 混 合 流 动
过 程 ， 对 其 理 论 研 究 一 直 存 在 着 很 多 困 难 ， 但 随 着 近
些 年 来 计 算 技 术 的 迅 猛 发 展 针 对 底 吹 熔 池 揽 拌 机 ，
有 色 设 备 ２０ １ ９ 年 第 ２ 期
底 吹 熔 池 射流 振 荡 强 化 搅 拌 效 果 的 数 值 模 拟 研 究
李 鹏 姚 心 郭 天 宇 李 东 波
，
，
，
中 国 恩 菲 工 程 技 术 有 限 公 司 北 京 １ ０００ ３ ８
（
，
）
摘 ［
要］
为 阐 明 底 吹 熔 池 振 荡 强 化 搅 拌 机 制 采 用 Ｖ Ｏ Ｆ 多 相 流 模 型 模 拟 气 液 两 相 流 动 过 程 结 合 水 模 型 试 验 验 证
直 径 大 小 等 采 模 及
。 张 廷安
Ｗ
用 Ｅｕ ｌ ｅ ｒ ｉａ ｎ － Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ ｉ ａ ｎ
型 描 述 底 吹 熔 炼 熔 池 内 气 液 两 相 流 行 为 探 究 不 同 ，
喷 吹 角 度 下 气 液 两 相 流 。 流 动 特 征 及 气 含 量 的 模 拟
计 算 结 果 发 现 氧 枪 倾 角 为 １ ４ ° 喷 吹 时 熔 池 液 面 喷 ，
起 着 非 常 重 要 的 作 用 气 体 射 流 在 冶 金 反 应 器 内 不 ，
仅 搅 拌 熔 体 进 行 剧 烈 的 混 合 流 动 ， 而 且 也 是 熔 池 内
参 与矿 料化学 反 应 的 氧化 剂 。
因 此 熔 炼 的 最 终 效 ，
果 取 决 于 气 体 喷 吹 是 否 合 理 。 目 前 气 体 喷 吹 强 化 冶
，
；
模 拟 结 果 ， 分 析 气 体 射 流 摇 摆 对 熔 体 流 动 过 程 的 影 响 。 结 果 表 明 ： 喷 吹 气 体 在 １ｓ 内 即 可 形 成 稳 定 的 竖 直 射 流 ， 在
２ ０ｓ 后 射 流 开 始摇 摆
炉 腔 内气体分布不 均 氧 气在熔池 内 ；
体积分数最 高为
程 的 关 系 得 到 了 最 佳 熔 炼 条 件 下 的 氧 枪 布 置 方 式 ，
收 稿 期 ［
日
］
２０１
９ －
０ － １
２ ３
作 者 简 介 李 鹏 安 徽 六 安 人 程 师 硕 士 ［
］
男 （ １ ９ ９ １
－
），
，
工
，
，
，
主 要 从 事 Ｃ Ｆ Ｄ 数 值 模 拟 研 究 工 作 。
率 熔 、 体 平 均 流 速 及 平 均 湍 动 能 作 为 优 化 指 标 ， 得 到
最佳 的 氧枪结 构组 合。
闫
红杰等 ７
［
］
利 用 数 值 模 拟
的 方 法 研 究 了 底 吹 熔 池 高 温 熔 体 气 液 两 相 流 流 动 过
程 探 讨 了 氧 枪 布 置 方 式 及 氧 枪 直 径 与 熔 池 熔 炼 过 ，
制 的 研 究 逐 渐 增 多 。 目 前 ， 针 对 底 吹 熔 池 的 研 究 主
要 是 借 助 数 值 模 拟 的 方 法 探 究 气 体 流 量 、 氧 枪 结 构 、
氧 枪 直 径 及 喷 吹 角 度 等 多 因 素 对 熔 池 熔 体 流 动 的 影
响。
如李
宝宽
等
３ ［
＜
根据
计 的 需 要 并 为 新 设 备 的 开 发 提 供 理 论 依 据 。 ，
２ 物 理 模 型
以 一 台 卧 式 可 回 转 底 吹 铜 熔 池 熔 炼 炉 为研 究 对
象
炉膛 纵截 面外 部 直 径 为
５ ．
８ ｍ
长 ３ ０ ｍ
炉 体 厚
，
，
，
作提供了极 大 的便利 。
建 立 底 吹 熔 炼 炉 模 型 模 拟 ，
底 吹 熔 池 气 液 两 相 混 合 流 动 过 程 ， 可 以 很 直 观 地 再
现 气 体 射 流 喷 吹 过 程 中 的 摇 摆 现 象 并 且 能 够 对 过 ，
程中
产生
的扰力
、力矩进行监
测
分析
、
，
满
足
工
程 设
５．
％ ２
，
稳
定
运
行
后
维
持在
４％ 左 右
气
；
，
体射流沿炉体纵向 的 扰动力 较为稳定 〇 （
Ｎ ？ ６ ０ ００
）
摆 动 频 率 加 快 而 沿 炉 体 横 向 射 流 的 扰 动 力 呈 现 逐 渐 增 加 的 趋 ， ，
势０ （
而 变 化 频 率 较 为 稳 定 Ｎ ￣ １ ５ ０００ ０
），