新型高温冶金反应器的混匀效果研究.pdf

冶 金能源 EN ERG Y F 0 R ME T AL L URG I C AL I N DUS T R Y Vo 1 ． 3 5 No ． I J a n ． 2 0 1 6 新型高温冶金反应器的混匀效果研究 欧阳成 苍大强 李子亮 左启伟 北京科技大学 摘要采用 1 7的水力学模型对某厂气液高温反应器的液体混匀效果进行研究。实验设计 了一种新的方案，其中，反应器的转动对大型反应器内的液相流体混匀有较大帮助。实验研 究了气体搅拌、反应器转动角度和转动速度等参数对液体混匀效果的影响。结果表明，反应 器转动角度和转动速度对液体混匀时间影响较大，而气体搅拌对熔池混匀时间影响较小。 关键词冶金反应器气 一液反应混匀时间搅拌 Ex p e r i me nt a l s t ud y o n t he i mpa c t o f ba t h mi x i n g i n ne w me t a l l ur g i c a l h i g h t e mp e r a t ur e r e a c t o r O u y a n g C h e n g C a n g D a q i a n g L i Z i l i a n g Z u o Q i w e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g Ab s t r a c t A 1 ／ 7 t h s c a l e d d o w n p h y s i c a l mo d e l w a s u s e d t o s t u d y a n d o p t i mi z e t h e s t i r r i n g c o n d i t i o n o f a me t a l l u r g i c al h i g h t e mp e r a t u r e r e a c t o r ．A n e w s c h e me ，o f w h i c h t h e r e a c t o r wa s g as a g i t a t e d a n d r o t a t e d a t t h e s a me t i me， wa s f o u n d t o b e o n e o f t h e b e s t c a s e s w i t h r e s p e c t t o a d e c r e a s e d mi x i n g t i me i n t h e b a t h ．A n u mb e r o f p a r a me t e r s we r e s t u d i e d a n d t h e i r e ff e c t s o n t h e mi x i n g t i me w e r e r e c o r d e d，i n - c l u d i n g g a s s t i r r i n g ，i n c l i n a t i o n a n g l e a n d v e l o c i t y o f r o t a t i o n ．T h e r e s u l t s h o w s t h a t ，i n c l i n a t i o n a n g l e a n d rot a t i o n a l s p e e d i s p r o v e d t o b e mu c h mo r e i mp o r t a n t i n t h i s c a s e ，w h i l e g a s s t i r r i n g h a s l i t tl e i n fl u e n c e o n t h e b a t h mi x i n g t i me ． Ke y w o r d s m e t a l l u r gi c a l r e a c t o r g a s l i q u i d r e a c t i o n mi x i n g t i m e s t i r r i n g 冶金行业是国民经济中重要的基础工业 ，为 响应 国家号召，实现可持续发展 ，对冶金行业来 说，不仅需要产品质量高、性能好，而且要求在 工业生产 中成本低 ，耗能少 。 冶金反应器的工作原理就是 ，通过搅拌方法 来达到钢铁与需要组分混合及与有害成分分离的 目的。为提高反应器搅拌效果，不少学者都做了 大量研究。搅拌方式主要有机械 、喷吹、电磁搅 拌三大类。由于冶金是高温反应，喷吹气体搅拌 是简便而有效的方式 J ，广泛应用于各种反应 器中。 收稿 日期 2 0 1 5 0 81 7 欧阳成 1 9 9 1 一 ， 硕士生； 1 0 0 0 8 3北京市海淀区。 以应用最广泛 的顶底复吹转炉为例，它的混 匀主要是由顶吹氧枪射流和底部气流的共同作用 决定。为了提高顶底复吹转炉的搅拌效果，国内 外不少学者都做了大量研究 j 。然而，气体搅 拌也有其局限性，随着科学技术的不断发展，高 温微波冶金反应器应 运而生。与常规反应器相 比，高温微波反应器有着绿色高效的优势，但由 于其在物料温度测试 ，大功率微波发生器上存在 着问题，其工业化实践脚步缓慢 。 另外，还有人提出了利用钢液本身重力势能 作为动力驱动产生旋流， 进而利用旋流对钢液进 行搅拌的想法 J 。 该实验创造性的将机械搅拌和气体搅拌结合 起来 ，研制 出一种新型的高效混合反应器。 2 4 冶 金能源 ENERGY FOR METALL URGI CAL I NDUS TRY Vo 1 ． 3 5 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 6 表2 各参数的s i g 值和偏差平方和 在不同转速下，熔池整体混匀时间 最大 与转动角度的关系如图4所示。当反应器不转 动 ，且转动角度为 0 。 时 ，熔池总混匀时间最长。 这是因为反应器的转动对熔池有一个环形搅拌的 作用，会促进熔池的混匀。当反应器转动角度为 3 0 。 ，转动速度为 2 5 r ／ mi n时，熔池整体混 匀时 间最短。整体而言，当反应器的转动角度为 3 O 。 时，熔池的整体混匀时间最短。当转动角度为 1 O 。 或 2 0 。 时，反应器转 动速度对于熔池 的影响 相对较小。 反应器不转动时，熔池各测点的混匀时间与 转动角度的关系如图 5所示 。比较可以发现 ，当 反应器不转动时，熔池4 个测量点的混匀时间依 然会随着转动角度的变化发生明显改变。这是因 为熔池转动角度改变了 ，相对应的熔池形状也发 生了改变，气体射流对熔池搅拌的影响也发生了 改变。另一方面是 4个测量点对应的区域也发生 了改变 。 图4整体混匀时间与转动角度的关 系 屋 譬 孵 圜 图5 各测点的混匀时间与转动 角度的关系 转 动角度 分别 为 0 。 、1 0 。 、2 0 。 、3 0 。 、4 0 。 时，熔池各测点混匀时间与转速的关系如图 6所 示 。可 以看 出，反应器没有转动时 ，反应器内液 体混匀时间最长的点是P 1 点。当反应器转动后， 混匀时间最长的点均发生改变。即为 ，反应器内 液相搅拌弱区在转动之前是在熔池底部 中心 ，转 动之后搅拌弱区发生改变。当转动角度为 0 。 时， 转动速度到达 1 0 r ／ m i n ，各点混匀时间都较小且 都比较接近，熔池无明显死区，搅拌效果较好； 当转动角度 为 1 0 。 时，转动速度 为 1 5 r ／ m i n ，各 区域混匀效果均较好 ；当转动角度为 2 O 。 时，转 动速度达到 1 5 r ／ m i n ，各点混匀时间最短，搅拌 效果最好；当转动角度为 3 0 。 时，转动速度为 2 0 r ／ m i n ，各点混匀时间最短；当转动角度为4 0 。 时 ，转动速度 2 0 r ／ m i n ，各区域} 昆合效果最好。 因此，不管反应器转动角度是多少，均存在 一 个最佳转动速度，使熔池混匀时间较小，并且 每个测量点 P 1 ，P 2 ，P 3 ，P 4 的混匀时间都 比较接近，即各区域的混匀效果都比较好，基本 上没有搅拌死 区。这种现象说明，当反应器转动 时，由于叶片的搅拌作用和惯性力的作用，反应 器 内液相会产生环形流动。同时，喷吹射流又在 强力冲击着液体，这两种搅拌作用相互影响，在 最佳转动速度下 ，两者的相互促进作用最大。 3 结论 1 在该实验条件下，气体搅拌对混匀时 间的影响较小。此时 ，决定熔池混匀效果的是反