真空精煉水力學仿效試驗范文
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作者：薛利強何平張貴賀慶單位：鋼鐵研究總院工藝所
試驗方法
冷態試驗在某鋼鐵廠線性尺寸為170tRH精煉裝置1／4的水模型中進行。模型與原型之間的吹氣量可以通過保證兩者的修正佛魯德準數相等得到。可以得到標準狀態下鋼包模型與原型吹氣量之間的關系：式中：Qm為模型吹氣量；Qp為原型吹氣量。在RH裝置內注入一定量的水，待循環穩定后從真空室加入含有苯甲酸的機油，同時用記錄儀記錄數據并傳輸到計算機進行儲存分析。測定傳質系數的PH計探頭放置在上升管底端下方10cm，距離包壁10cm處。
實驗結果分析與討論
1大包液面處渣鋼傳質情況
為了模擬在實際生產中大包液面處渣鋼傳質情況，在水模實驗中，待RH循環穩定后，在大包液面處均勻地添加含有苯甲酸的機油，測量不同吹氣量Q下的水中苯甲酸濃度Ci的變化。圖1（a）為大包口加油時不同吹氣量Q對水中苯甲酸濃度Ci的影響。從圖中可以看出水中苯甲酸濃度隨著時間的變化緩慢增大，而吹氣量的變化對苯甲酸濃度變化不大。為了更好地分析參數對苯甲酸從機油向水中的傳遞速度，苯甲酸的濃度采用無因次濃度Ck：Ck＝ln（Ce－Ci）（Ce－Co）（3）圖1（b）為苯甲酸無因次濃度Ck與時間的關系，水中苯甲酸無因次濃度與時間基本上成線性關系，苯甲酸無因次濃度變化曲線斜率即為容量傳質系數Ka，吹氣量為2．8m3／h和3．9m3／h時的容量傳質系數Ka均為1．0×10－7。根據文獻［11］的描述，大包內浸漬管底部到大包液面之間的區域內鋼液速度很小，為整個熔池內的弱攪拌區，在這個區域內的傳質幾乎為自然傳質，傳質速度很小。
2真空室內加渣量對傳質的影響
不同真空室加油量V（單位：L）時水中苯甲酸濃度Ci隨時間t的變化見圖2。從圖2可以看出，水中苯甲酸的濃度隨時間變化，曲線出現了明顯的拐點。這是因為油滴從真空室通過下降管到達大包后，由于大包內流動劇烈，分散成很多小液滴彌散在大包中，傳質速度很快；當油滴由于質量濃度的原因上浮到液面后由于處于RH熔池的弱攪拌區其傳質速度降低，苯甲酸濃度隨時間變化不大。為了便于分析比較不同操作參數對水中苯甲酸濃度變化的影響，容量傳質系數只分析油滴未完全上浮到液面即拐點前的數據，將拐點后的濃度看作水中苯甲酸終點濃度。研究了加油量與容量傳質系數的關系及加油量與水中苯甲酸終點濃度的關系，可以看出在本實驗范圍內容量傳質系數、水中苯甲酸終點濃度與加油量成線性關系。當真空度一定、插深H＝125mm，吹氣量Q為3．9m3／h時真空室加油下容量傳質系數Ka、水中苯甲酸終點濃度C1與真空室加油量V的關系式為
3吹氣量對真空室加渣時渣鋼傳質的影響
研究在原型吹氣量為72、100、120、150、180m3／h下不同的吹氣量對渣鋼傳質的影響。圖3為不同吹氣量下水中苯甲酸濃度隨時間變化曲線，可以看出當真空室加油量一定時，吹氣量對水中終點苯甲酸濃度的影響不大。圖4為不同吹氣量對容量傳質系數的影響。與大包口油水傳質相比，真空室加油時的油水傳質系數提高了60～130倍，大大提高了油水傳質速度，當真空度一定、插深125mm時對真空室加油下Ka與吹氣量Q的關系式：
4浸漬管插入深度對真空室加渣時傳質的影響
圖5為吹氣量一定時，不同浸漬管插入深度下水中苯甲酸濃度與時間的關系，圖6為容量傳質系數Ka與插深H的關系，從圖中可以看出插深對水中苯甲酸終點濃度的影響與吹氣量對其影響相似。在真空度一定時，真空室加油下容量傳質系數與加渣量、吹氣流量和插入深度的綜合關系：Ka＝1．01×10－8Q0．69H0．7（11．32V－5．27）（7）由式（4）、（5）、（6）可以看出從真空室加油量的大小對油水間容量傳質系數影響最大，吹氣量次之，浸漬管插入深度最小。
結論
本實驗系統研究了從真空室加渣時其加渣量、吹氣量、浸漬管插入深度對容量傳質系數的影響，通過實驗得出了如下結論。
1）大包熔池內苯甲酸的終點濃度與真空室加油量成線性關系。
2）在真空度一定時，真空室加油下容量傳質系數與加渣量、吹氣流量和插入深度的綜合關系
3）與浸漬管外油水傳質相比，真空室加油時苯甲酸的容量傳質系數提高了60～130倍，大大提高了油水傳質速度，以較小的加油量在很短的時間內提高水中苯甲酸的濃度，真空室加渣量的大小對渣鋼間容量傳質系數影響最大，吹氣量次之，浸漬管插入深度最小，因此為了提高脫硫等精煉效率，可以適當地加大真空室加渣量、吹氣量和浸漬管插入深度，真空室加渣對實際生產中以渣鋼傳質來提高除硫等精煉操作是切實可行的。
