集束射流火焰燃烧特性热态实验

D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.s1.038 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 集束射流火焰燃烧特性热态实验 中景霞12)董凯)凶刘文娟)朱荣) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)山东菜芜钢铁集团股份有限公司，莱芜271104 ☒通信作者，E-mail:dongkaismanker(@yahoo.com.cm 摘要通过实验室建立的小型实验炉，进行集束射流加热金属冷料的热态模拟实验，分析了集束射流火焰在不同冶炼阶段 的成分变化.实验研究表明：集束射流火焰形态呈现多样性特点，燃烧产物成分不断变化.在金属冷料的存在作用下，少量 C0,气体产生，0，增加，C0下降：熔化期中，0，逐渐升高，C0逐渐降低，C0,体积分数一直保持在1%~2%；脱碳期与熔化 期相比，O2下降，而C0上升，C02稍有增加：脱碳期中，钢水中C含量逐渐降低，CO2和O2有所增加，而C0含量剧烈降低. 集束射流火焰燃烧产物中，各成分之间关系密切，C0的含量随着O2含量的升高而降低.在熔化期中，C0气体含量随着CO2 气体含量的增加而增加：在脱碳期，C0气体含量随着C0,气体含量的增加而降低. 关键词集束射流：燃烧：炉气：电弧炉：冶炼 分类号TF03·1:TF058 Experiment of the coherent jet lance combustion behavior SHEN Jing-ia,DONG Kai,LIU Wen-juan,ZHU Rong 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Laiwu Iron and Steel Group,Laiwu 271104.China Corresponding author,E-mail:dongkaismanker@yahoo.com.cn ABSTRACT A small experimental furnace was established,the hot simulation test for coherent jet heating cold metal material was conducted,the flame was measured.and the off gas composition was sampled and analyzed in different stages.The results show that the coherent jet flame presents the different characteristics in different stages,and the composition of combustion products is in change. Under the effect of cold metal material,little COappears,O increases,and CO decreases:in the melting stage,O rises and CO re- duces gradually,and the mass fraction of CO stays about from 1%to 2%:compared the decarburization stage with the melting stage. 0 reduces,CO increases,and CO,increases little;in the decarburization stage,the carbon content in molten steel reduces gradually, CO and O rise a little,but the CO content reduces violently.Every composition in the coherent jet flame connects with each other.CO content increases as O content reduces;in the melting stage,CO content increases as CO content increases,but in the decarburiza- tion stage,CO content reduces as CO,content increases. KEY WORDS coherent jet;combustion;off gas:electric arc fumace:smelting 集束射流氧枪是在普通超音速氧枪的基础上增学反应，产生液态金属和高温炉气，过程中气液相 加燃气和环氧，形成由火焰环绕的氧气射流.通过 互作用，反应复杂.以往的研究中，没有对集束射 改变集束射流氧枪中氧气与燃气的配比，可以分别 流的火焰燃烧特性进行专门研究，在此专门设计实 实现加热熔化冷料和熔池脱碳升温的作用.集束射 验对集束射流进行热态实验，对火焰进行实际测 流技术已广泛应用于电弧炉炼钢生产)，对电弧 量，研究火焰燃烧特性. 炉高效化生产起到了重要作用. 1实验准备 集束射流相关技术的研究在国内外取得多项成 果-，但是研究方法仍以数值模拟为主-.电弧 1.1实验设备 炉内，高温集束射流与金属冷料接触发生物理和化 为了研究集束射流的火焰燃烧特性，采用热态 收稿日期：201108-22

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 集束射流火焰燃烧特性热态实验 申景霞1，2) 董 凯1) 刘文娟1) 朱 荣1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 山东莱芜钢铁集团股份有限公司，莱芜 271104 通信作者，E-mail: dongkaismanker@ yahoo． com． cn 摘 要 通过实验室建立的小型实验炉，进行集束射流加热金属冷料的热态模拟实验，分析了集束射流火焰在不同冶炼阶段 的成分变化． 实验研究表明: 集束射流火焰形态呈现多样性特点，燃烧产物成分不断变化． 在金属冷料的存在作用下，少量 CO2气体产生，O2增加，CO 下降; 熔化期中，O2逐渐升高，CO 逐渐降低，CO2体积分数一直保持在 1% ～ 2% ; 脱碳期与熔化 期相比，O2下降，而 CO 上升，CO2稍有增加; 脱碳期中，钢水中 C 含量逐渐降低，CO2和 O2有所增加，而 CO 含量剧烈降低． 集束射流火焰燃烧产物中，各成分之间关系密切，CO 的含量随着 O2含量的升高而降低． 在熔化期中，CO 气体含量随着 CO2 气体含量的增加而增加; 在脱碳期，CO 气体含量随着 CO2气体含量的增加而降低． 关键词 集束射流; 燃烧; 炉气; 电弧炉; 冶炼 分类号 TF03 + 1; TF058 Experiment of the coherent jet lance combustion behavior SHEN Jing-xia1，2) ，DONG Kai 1) ，LIU Wen-juan1) ，ZHU Rong1) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Laiwu Iron and Steel Group，Laiwu 271104，China Corresponding author，E-mail: dongkaismanker@ yahoo． com． cn ABSTRACT A small experimental furnace was established，the hot simulation test for coherent jet heating cold metal material was conducted，the flame was measured，and the off gas composition was sampled and analyzed in different stages． The results show that the coherent jet flame presents the different characteristics in different stages，and the composition of combustion products is in change． Under the effect of cold metal material，little CO2 appears，O2 increases，and CO decreases; in the melting stage，O2 rises and CO re￾duces gradually，and the mass fraction of CO2 stays about from 1% to 2% ; compared the decarburization stage with the melting stage， O2 reduces，CO increases，and CO2 increases little; in the decarburization stage，the carbon content in molten steel reduces gradually， CO2 and O2 rise a little，but the CO content reduces violently． Every composition in the coherent jet flame connects with each other，CO content increases as O2 content reduces; in the melting stage，CO content increases as CO2 content increases，but in the decarburiza￾tion stage，CO content reduces as CO2 content increases． KEY WORDS coherent jet; combustion; off gas; electric arc furnace; smelting 收稿日期: 2011--08--22 集束射流氧枪是在普通超音速氧枪的基础上增 加燃气和环氧，形成由火焰环绕的氧气射流． 通过 改变集束射流氧枪中氧气与燃气的配比，可以分别 实现加热熔化冷料和熔池脱碳升温的作用． 集束射 流技术已广泛应用于电弧炉炼钢生产［1--2］，对电弧 炉高效化生产起到了重要作用． 集束射流相关技术的研究在国内外取得多项成 果［3--4］，但是研究方法仍以数值模拟为主［5--6］． 电弧 炉内，高温集束射流与金属冷料接触发生物理和化 学反应，产生液态金属和高温炉气，过程中气液相 互作用，反应复杂． 以往的研究中，没有对集束射 流的火焰燃烧特性进行专门研究，在此专门设计实 验对集束射流进行热态实验，对火焰进行实际测 量，研究火焰燃烧特性． 1 实验准备 1. 1 实验设备 为了研究集束射流的火焰燃烧特性，采用热态 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.038

·94· 北京科技大学学报 第33卷 实验的方法对集束射流氧枪进行模拟，为了配合实 烷气体，底吹气体选择瓶装氨气，介质参数如下表3 验，按照1：4比例等比例缩小，设计制造了小型实 所示. 验用集束射流氧枪，氧枪参数如表1所示.氧枪实 表3实验介质参数 物如图1所示. Table 3 Parameter of service fluid 表1实验用集束射流氧枪参数 压力/ 密度/ 热值/ 序号 介质种类 Table 1 Parameter of the coherent jet oxygen lance for experiment MPa (kg'm-3) (M·m3) 马赫数， 主氧流量/ 燃气流量/ 环氧流量/ 1 氧气 >0.5 1.429 Ma m3.h-!) (m3-h) (m3.h 2 丙烷 >0.15 1.964 101.5 1.7 120 60 30 3 氮气 >0.2 1.251 实验金属冷料选择生铁，成分如下表4所示 表4金属冷料成分（质量分数） Table 4 Composition of the cool metal material % C Si Mn P Fe 4.200 0.900 0.800 0.2000.04093.860 2实验计划 2.1配料方案 生铁加入总量为200kg,采用分批次加入.配 图1集束射流氧枪枪头 料方案如表5所示 Fig.1 Head of the coherent jet oxygen lance 表5配料方案 设计制造了小型炼钢炉，炼钢炉采用简单直筒炉 Table 5 Material recipe 型，炉体设计参数如表2所示，实物如图2所示 一批料 二批料 三批料 表2实验炉炉体设计参数 80kg生铁，20kg焦炭 60kg生铁 60kg生铁 Table 2 Parameter of the steel making furnace 2.2供氧流量控制 容量/ 炉壳 熔池 熔池 炉膛 kg 直径/mm 直径/mm 深度/mm 深度/mm 供氧工作模式分为两种，分别为烧嘴模式和脱 碳模式，相关参数设定数据如下表6所示. 200 950 350 300 700 表6供氧模式参数设定 Table6 Parameter of the oxygen supply mode 主氧流量/燃气流量/环氧流量/枪位/底吹流量/ 模式 (m3h-1)(m3h-)(m3h-1)mm (m3h-) 烧嘴模式 50 20 50500 3 脱碳模式100 10 30 400 3 2.3取样分析方案 实验计划采用燃烧废气成分分析的方法对燃烧 集束射流火焰燃烧特性进行研究.根据研究要求对 燃烧废气进行取样，废气取样采用抽气泵+集气袋 方式.废气成分采用奥式气体分析仪化学法分析， 分别分析样气中的C0、C0,和02成分. 图2实验炼钢炉 Fig.2 Steel making furnace for experiment 3 实验过程及结果分析 1.2实验材料 3.1热态实验火焰燃烧情况 实验选择使用瓶装气体作为气源.燃气选择丙 在冶炼过程中，对火焰燃烧产物进行取样，共

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 实验的方法对集束射流氧枪进行模拟，为了配合实 验，按照 1∶ 4比例等比例缩小，设计制造了小型实 验用集束射流氧枪，氧枪参数如表 1 所示． 氧枪实 物如图 1 所示． 表 1 实验用集束射流氧枪参数 Table 1 Parameter of the coherent jet oxygen lance for experiment 马赫数， Ma 主氧流量/ ( m3 ·h － 1 ) 燃气流量/ ( m3 ·h － 1 ) 环氧流量/ ( m3 ·h － 1 ) 1. 7 120 60 30 图 1 集束射流氧枪枪头 Fig． 1 Head of the coherent jet oxygen lance 设计制造了小型炼钢炉，炼钢炉采用简单直筒炉 型，炉体设计参数如表 2 所示，实物如图 2 所示． 表 2 实验炉炉体设计参数 Table 2 Parameter of the steel making furnace 容量/ kg 炉壳 直径/mm 熔池 直径/mm 熔池 深度/mm 炉膛 深度/mm 200 950 350 300 700 图 2 实验炼钢炉 Fig． 2 Steel making furnace for experiment 1． 2 实验材料 实验选择使用瓶装气体作为气源． 燃气选择丙 烷气体，底吹气体选择瓶装氮气，介质参数如下表 3 所示． 表 3 实验介质参数 Table 3 Parameter of service fluid 序号 介质种类 压力/ MPa 密度/ ( kg·m － 3 ) 热值/ ( MJ·m － 3 ) 1 氧气 ＞ 0. 5 1. 429 — 2 丙烷 ＞ 0. 15 1. 964 101. 5 3 氮气 ＞ 0. 2 1. 251 — 实验金属冷料选择生铁，成分如下表 4 所示． 表 4 金属冷料成分( 质量分数) Table 4 Composition of the cool metal material % C Si Mn P S Fe 4. 200 0. 900 0. 800 0. 200 0. 040 93. 860 2 实验计划 2． 1 配料方案 生铁加入总量为 200 kg，采用分批次加入． 配 料方案如表 5 所示． 表 5 配料方案 Table 5 Material recipe 一批料 二批料 三批料 80 kg 生铁，20 kg 焦炭 60 kg 生铁 60 kg 生铁 2. 2 供氧流量控制 供氧工作模式分为两种，分别为烧嘴模式和脱 碳模式，相关参数设定数据如下表 6 所示． 表 6 供氧模式参数设定 Table 6 Parameter of the oxygen supply mode 模式 主氧流量/ ( m3 ·h － 1 ) 燃气流量/ ( m3 ·h － 1 ) 环氧流量/ ( m3 ·h － 1 ) 枪位/ mm 底吹流量/ ( m3 ·h － 1 ) 烧嘴模式 50 20 50 500 3 脱碳模式 100 10 30 400 3 2. 3 取样分析方案 实验计划采用燃烧废气成分分析的方法对燃烧 集束射流火焰燃烧特性进行研究． 根据研究要求对 燃烧废气进行取样，废气取样采用抽气泵 + 集气袋 方式． 废气成分采用奥式气体分析仪化学法分析， 分别分析样气中的 CO、CO2和 O2成分． 3 实验过程及结果分析 3. 1 热态实验火焰燃烧情况 在冶炼过程中，对火焰燃烧产物进行取样，共 ·94·

增刊1 申景霞等：集束射流火焰燃烧特性热态实验 ·95· 获得七个气体样品，样品取样情况如表7所示. 表8火焰燃烧废气成分（体积分数） Table 8 Composition of the flame off-gas% 表7气体取样表 样品C02 02C0 样品C0202C0 Table 7 List of the gas sample 1-10.07.65.4 4-3 1.510.74.5 样品号 取样时间/s 取样阶段 供氧模式 1-2 0.0 7.9 5.2 6-1 1.6 7.010.7 1号 97 空炉喷吹 烧嘴模式 2-1 1.0 8.5 5.5 6-2 1.1 7.911.6 2号 392 熔化期 烧嘴模式 3-1 2.011.2 5.3 6-3 1.7 7.312.1 3-2 1.9 10.3 5.6 7-1 2.3 8.5 4.6 3号 1032 熔化期 烧嘴模式 3-3 1.410.6 4.6 7-2 1.8 8.45.2 4号 1162 熔化期 烧嘴模式 4-11.69.9 5.6 7-3 1.9 8.44.4 5号 1397 脱碳期 脱碳模式 4-20.912.23.0 6号 1742 脱碳期 脱碳模式 7号 2255 脱碳期 脱碳模式 3.2热态实验火焰形态 集束射流氧枪火焰形态随着冶炼的进行发生变 样气成分分析结果如下表8所示 化，如下图3所示 (a) b 图3各治炼阶段火焰形态变化图.()空炉喷吹火焰：(b)冷料点火火焰：（©）冷料熔化火焰：()开始脱碳火焰：（©）剧烈脱碳火焰：() 脱碳终点火焰 Fig.3 Flame patter in the different smelting stages:(a)flame in the empty furnace;(b)ignition flame;(c)flame in the melting period:d) flame in the early decarburization period;(e)flame in the violent decarburization period;(f)flame in the final decarburization period 3.3火焰燃烧结果分析 中C元素带来更多的C0,产物，C0在氧气的作用 集束射流与生铁冷料相互作用，火焰燃烧情况 下下降. 发生变化，如图4所示.在金属冷料的存在作用下， 在生铁冷料的熔化过程中，废气成分发生相应 火焰中有少量C0,气体产生；富余氧气的体积分数 变化，如上图5所示.点火期内集束射流火焰燃烧 由7.75%上升到10.49%；随着富余氧气的增加， 不充分，C0气体含量最高，随着熔化的进行，燃烧 废气中的C0气体成分下降.集束射流在生铁冷料 状况逐渐变好，废气中的02含量逐渐升高，C0含 的干扰下有空气混入，废气中0，的含量增加，生铁 量逐渐降低：废气中的C02含量一直保持在1%~

增刊 1 申景霞等: 集束射流火焰燃烧特性热态实验 获得七个气体样品，样品取样情况如表 7 所示． 表 7 气体取样表 Table 7 List of the gas sample 样品号 取样时间/s 取样阶段 供氧模式 1 号 97 空炉喷吹 烧嘴模式 2 号 392 熔化期 烧嘴模式 3 号 1 032 熔化期 烧嘴模式 4 号 1 162 熔化期 烧嘴模式 5 号 1 397 脱碳期 脱碳模式 6 号 1 742 脱碳期 脱碳模式 7 号 2 255 脱碳期 脱碳模式 样气成分分析结果如下表 8 所示． 表 8 火焰燃烧废气成分( 体积分数) Table 8 Composition of the flame off-gas% 样品 CO2 O2 CO 1--1 0. 0 7. 6 5. 4 1--2 0. 0 7. 9 5. 2 2--1 1. 0 8. 5 5. 5 3--1 2. 0 11. 2 5. 3 3--2 1. 9 10. 3 5. 6 3--3 1. 4 10. 6 4. 6 4--1 1. 6 9. 9 5. 6 4--2 0. 9 12. 2 3. 0 样品 CO2 O2 CO 4--3 1. 5 10. 7 4. 5 6--1 1. 6 7. 0 10. 7 6--2 1. 1 7. 9 11. 6 6--3 1. 7 7. 3 12. 1 7--1 2. 3 8. 5 4. 6 7--2 1. 8 8. 4 5. 2 7--3 1. 9 8. 4 4. 4 3. 2 热态实验火焰形态 集束射流氧枪火焰形态随着冶炼的进行发生变 化，如下图 3 所示． 图 3 各冶炼阶段火焰形态变化图． ( a) 空炉喷吹火焰; ( b) 冷料点火火焰; ( c) 冷料熔化火焰; ( d) 开始脱碳火焰; ( e) 剧烈脱碳火焰; ( f) 脱碳终点火焰 Fig． 3 Flame pattern in the different smelting stages: ( a) flame in the empty furnace; ( b) ignition flame; ( c) flame in the melting period; ( d) flame in the early decarburization period; ( e) flame in the violent decarburization period; ( f) flame in the final decarburization period 3. 3 火焰燃烧结果分析 集束射流与生铁冷料相互作用，火焰燃烧情况 发生变化，如图4 所示． 在金属冷料的存在作用下， 火焰中有少量 CO2气体产生; 富余氧气的体积分数 由 7. 75% 上升到 10. 49% ; 随着富余氧气的增加， 废气中的 CO 气体成分下降． 集束射流在生铁冷料 的干扰下有空气混入，废气中 O2的含量增加，生铁 中 C 元素带来更多的 CO2产物，CO 在氧气的作用 下下降． 在生铁冷料的熔化过程中，废气成分发生相应 变化，如上图 5 所示． 点火期内集束射流火焰燃烧 不充分，CO 气体含量最高，随着熔化的进行，燃烧 状况逐渐变好，废气中的 O2含量逐渐升高，CO 含 量逐渐降低; 废气中的 CO2含量一直保持在 1% ～ ·95·

·96· 北京科技大学学报 第33卷 2%的水平. C含量逐渐降低，火焰燃烧产物C0,和O,有所增 加，而C0气体含量剧烈降低，由脱碳中期的 12 10.49 圆字炉喷吹 11.47%下降到脱碳后期的4.73%.燃烧废气气体 图熔化斯 7.75 成分的变化直接反映出熔池的脱碳速度，脱碳后期 8 6 5.3 随着钢水中C含量的降低脱碳速度下降明显 4.87 12 10.4 圈解化期 1.47 丽脱碳期 o 7.92 8.10 C0, 0 CO 气体 4.87 图4集束射流与冷料接触前后成分变化图 Fig.4 Variation diagram of the coherent jet flame off-gas composition 1.471.73 除 12 C02 0 CO 10.7010.y3 ☑点火期 气体 口解化前期 8.50 图熔化期 图6熔化期脱碳期集束射流成分区别图 8 6 中海 Fig.6 Comparison chart of the coherent flame off-gas composition 5.505.17 37 between melting period and decarburization period 2 1.( 1139 2 ☑悦碳斯 11.47 恩脱碳后期 CO. 03 CO 10 8.44 (体 8 7.40 图5集束射流火焰在熔化期内成分变化图 6 Fig.5 Variation diagram of the coherent jet flame off-gas composition in the melting period 1.472.00 熔化期集束射流氧枪流量调整为脱碳模式，氧 C0, 03 CO 气射流强度增大，在铁水反应与集束射流火焰燃烧 气体 的双重作用下，火焰燃烧产生发生巨大变化.如上 图7脱碳期内集束射流火焰成分变化图 图6所示.与熔化期相比，02体积分数下降到 Fig.7 Variation diagram of the coherent jet flame off-gas composition in melting period 7.92%,而C0体积分数由4.87%上升到8.10%， C0,气体含量稍有增加.废气成分显示在脱碳期氧 集束射流火焰燃烧产物中，各项气体成分之间 气射流与钢水接触，发生剧烈的脱碳反应. 关系密切，如下图8所示，集束射流火焰燃烧气氛 脱碳期的火焰随着脱碳反应的进行而发生变 中，C0与0，含量呈反比例关系，即火焰燃烧废气 化，如上图7所示.随着脱碳反应的进行，钢水中 中C0的含量随着O,含量的升高而降低. 6.5 14 6.0 12 (b) 5.5 10 4.0 6 3.5 3.0 2.5 2.0 6 10 12 6.06.57.07.58.08.59.0 D体积分数/% 0,体积分数/% 图8集束射流火焰燃烧产物中C0与O2的散点图.(a)熔化期：(b)脱碳期 Fig.8 Scatter diagram of CO and 0,in the coherent jet flame:(a)melting period;(b)decarburization period 集束射流火焰燃烧气氛中，C02与C0含量关 系复杂，在熔化期中，C0气体含量随着C0,气体含

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 2% 的水平． 图 4 集束射流与冷料接触前后成分变化图 Fig． 4 Variation diagram of the coherent jet flame off-gas composition 图 5 集束射流火焰在熔化期内成分变化图 Fig． 5 Variation diagram of the coherent jet flame off-gas composition in the melting period 熔化期集束射流氧枪流量调整为脱碳模式，氧 气射流强度增大，在铁水反应与集束射流火焰燃烧 的双重作用下，火焰燃烧产生发生巨大变化． 如上 图 6 所示． 与熔化期相比，O2 体积分数下降到 7. 92% ，而 CO 体积分数由 4. 87% 上升到 8. 10% ， CO2气体含量稍有增加． 废气成分显示在脱碳期氧 气射流与钢水接触，发生剧烈的脱碳反应． 脱碳期的火焰随着脱碳反应的进行而发生变 化，如上图 7 所示． 随着脱碳反应的进行，钢水中 C 含量逐渐降低，火焰燃烧产物 CO2 和 O2 有所增 加，而 CO 气 体 含 量 剧 烈 降 低，由 脱 碳 中 期 的 11. 47% 下降到脱碳后期的 4. 73% ． 燃烧废气气体 成分的变化直接反映出熔池的脱碳速度，脱碳后期 随着钢水中 C 含量的降低脱碳速度下降明显． 图 6 熔化期、脱碳期集束射流成分区别图 Fig． 6 Comparison chart of the coherent flame off-gas composition between melting period and decarburization period 图 7 脱碳期内集束射流火焰成分变化图 Fig． 7 Variation diagram of the coherent jet flame off-gas composition in melting period 集束射流火焰燃烧产物中，各项气体成分之间 关系密切，如下图 8 所示，集束射流火焰燃烧气氛 中，CO 与 O2含量呈反比例关系，即火焰燃烧废气 中 CO 的含量随着 O2含量的升高而降低． 图 8 集束射流火焰燃烧产物中 CO 与 O2的散点图． ( a) 熔化期; ( b) 脱碳期 Fig． 8 Scatter diagram of CO and O2 in the coherent jet flame: ( a) melting period; ( b) decarburization period 集束射流火焰燃烧气氛中，CO2 与 CO 含量关 系复杂，在熔化期中，CO 气体含量随着 CO2气体含 ·96·

增刊1 申景霞等：集束射流火焰燃烧特性热态实验 97· 量的增加而增加；在脱碳期，C0气体含量随着CO2 气体含量的增加而降低.如下图9所示 14 12 10 3 3 21 0.5 1.01.52.025 0.5 1.01.52.0 C0,体积分数保 C0体积分数/保 图9集束射流火焰燃烧产物中CO2与C0的散点图.(a)熔化期：(b)脱碳期 Fig.9 Scatter diagram of CO and CO2 in the coherent jet flame:a)melting period;(b)decarburization period (王振宙，朱荣，焦兵，等.强化治炼用氧技术在电炉上的应 4结论 用.工业炉，2005.27(2)：11) (1)集束射流火焰形体在不同的冶炼阶段呈现 [2]Andreas M,Gerhard B.Johannes G.et al.Oxvgen technology for highly efficient electric arc steelmaking.MPT Int,2000.24(4):84 不同的特点 [3]Li C H.Zhu R.Qiu YQ.et al.Jet characteristics of coherent jet (2)集束射流氧枪烧嘴模式下，火焰在金属冷 oxygen lance for electric arc furnace steelmaking.Spec Steel. 料的存在作用下有少量C02气体产生，氧气富余量 2002.23(1):11 升高，C0气体成分下降；集束射流从烧嘴模式转 (李桂海，朱荣，仇永全，等.电弧炉炼钢集束射流氧枪的射 入脱碳模式，在铁水反应与燃料燃烧的双重作用 流特征.特殊钢，2002,23(1)：11) 下，废气中02下降，C0含量上升，C0,气体含量稍 [4] Chen S C.Zhu R.Yang Z F,et al.Study of characteristic of co- herent jet oxygen lance for BOF.Fuzhou Unir Nat Sci,2010.38 有增加. (5):711 (3)集束射流火焰燃烧产物中，各项气体成分 (陈绍春，朱菜，杨竹芳，等.转炉集束射流氧枪的射流特性 之间关系密切，集束射流火焰燃烧气氛中C0与O2 研究.福州大学学报：自然科学版，2010.38(5)：711) 含量呈反比例关系.C0,与C0含量关系复杂，在熔 [5] Zhang G.Zhu R,Han L H,et al.Numerical simulation on oxy- 化期中，C0气体含量随着CO,气体含量的增加而 gen stream field of coherent jet oxygen lance and application to a 70t arc fumace.Spee Steel,2006.27(5):46 增加；在脱碳期，C0气体含量随着CO,气体含量的 (张贵，朱荣，韩丽辉，等.70：电弧炉炼钢集束射流氧枪流场 增加而降低 的数值模拟及应用.特殊钢，2006,27(5)：46) [6]Li S S.Zhu R,Li C I.Numerical research on the steel making co- 参考文献 herent jet.Energy Metall Ind.2010,29(5):12 [1]Wang ZZ.Zhu R.Jiao B.et al.Oxygen-blowing of intensify (李三三，朱荣，李存牢。炼钢氧枪的集束射流数值模拟研 smelting in arc fumnace.Ind Furnace,2005,27(2):11 究.冶金能源，2010,29(5)：12)

增刊 1 申景霞等: 集束射流火焰燃烧特性热态实验 量的增加而增加; 在脱碳期，CO 气体含量随着 CO2 气体含量的增加而降低． 如下图 9 所示． 图 9 集束射流火焰燃烧产物中 CO2与 CO 的散点图． ( a) 熔化期; ( b) 脱碳期 Fig． 9 Scatter diagram of CO and CO2 in the coherent jet flame: ( a) melting period; ( b) decarburization period 4 结论 ( 1) 集束射流火焰形体在不同的冶炼阶段呈现 不同的特点． ( 2) 集束射流氧枪烧嘴模式下，火焰在金属冷 料的存在作用下有少量 CO2气体产生，氧气富余量 升高，CO 气体成分下降; 集束射流从烧嘴模式转 入脱碳模式，在铁水反应与燃料燃烧的双重作用 下，废气中 O2下降，CO 含量上升，CO2气体含量稍 有增加． ( 3) 集束射流火焰燃烧产物中，各项气体成分 之间关系密切，集束射流火焰燃烧气氛中 CO 与 O2 含量呈反比例关系． CO2与 CO 含量关系复杂，在熔 化期中，CO 气体含量随着 CO2气体含量的增加而 增加; 在脱碳期，CO 气体含量随着 CO2气体含量的 增加而降低． 参 考 文 献 ［1］ Wang Z Z，Zhu R，Jiao B，et al． Oxygen-blowing of intensify smelting in arc furnace． Ind Furnace，2005，27( 2) : 11 ( 王振宙，朱荣，焦兵，等． 强化冶炼用氧技术在电炉上的应 用． 工业炉，2005，27( 2) : 11) ［2］ Andreas M，Gerhard B，Johannes G，et al． Oxygen technology for highly efficient electric arc steelmaking． MPT Int，2000，24( 4) : 84 ［3］ Li G H，Zhu R，Qiu Y Q，et al． Jet characteristics of coherent jet oxygen lance for electric arc furnace steelmaking． Spec Steel， 2002，23( 1) : 11 ( 李桂海，朱荣，仇永全，等． 电弧炉炼钢集束射流氧枪的射 流特征． 特殊钢，2002，23( 1) : 11) ［4］ Chen S C，Zhu R，Yang Z F，et al． Study of characteristic of co￾herent jet oxygen lance for BOF． J Fuzhou Univ Nat Sci，2010，38 ( 5) : 711 ( 陈绍春，朱荣，杨竹芳，等． 转炉集束射流氧枪的射流特性 研究． 福州大学学报: 自然科学版，2010，38( 5) : 711) ［5］ Zhang G，Zhu R，Han L H，et al． Numerical simulation on oxy￾gen stream field of coherent jet oxygen lance and application to a 70 t arc furnace． Spec Steel，2006，27( 5) : 46 ( 张贵，朱荣，韩丽辉，等． 70 t 电弧炉炼钢集束射流氧枪流场 的数值模拟及应用． 特殊钢，2006，27( 5) : 46) ［6］ Li S S，Zhu R，Li C l． Numerical research on the steel making co￾herent jet． Energy Metall Ind，2010，29( 5) : 12 ( 李三三，朱荣，李存牢． 炼钢氧枪的集束射流数值模拟研 究． 冶金能源，2010，29( 5) : 12) ·97·