0I:10.13374/i.issm1001-053x.1960.03.009 第十期 -79- 電冲轉混合煉鋼水力學模型試驗 電治教研組 一、前言 电冲轉的混合工艺，不但解决了蹲耀落渣引起回磷；降低脱硫效果的問題。而且电冲轉 时渣温高，浓流动性好，生产調度方便，化学成分稳定等优点，从大速鋼厂武验的秸果来 君，脱硫率，脫氧空，锅中火杂，第中气体，低倍和机械性能都达到了电墟筑的水平〔1〕。 这种混合工艺，对我国电城一般在5一15吨，尊城一般在6一12吨来說，是切实可行的。 电冲轉的混合方式尽管优点多，件歆多問题还待解决，例如：用少量的电娟鋼水和渣， 是否能冲混多址的鸭城弱水？混合比高时，保証混合良好的条件是什么？渣在润冰包中运动 的情况如何？为了弄清上面的間題，我們进行了混合煉鋼的水力学模型武验， 二、相以僚件 在混合煉銅的揆作中，无論倒包法，轉冲电或是电冲轉，渣鋼攪混主要靠重力的作用。 当然渣在鋼水包中的运动，还受粘滯力，和界面跟力的影响。但这些不是主要的。囚此，本 武验的近似模化中，忽略了这些力的作用。 为了便模化的镧水和渣的运动与实际情况相似，根据相似第三定理，使雨现象相似的必 要条件是几何条件相似，运动和动力条件相似，充分的条件是决定性想范数相等〔2〕。 1.几何条件阴似 在整个混合过程中，电爐出铜口的火小形状、出鋼槽的尺寸以攴鏘水包的形狀，会影响 渣翻运动的情况、所以在制作模型时，首先保証这些部分的几何相似。 本武歌选用了吨5电爐15吨钢水包，縮尺为1：10这种縮尺使模型不致太火而制作困难，也 不政太小而观察不游。 3吨爐按我院电鑪（娶张出品），5吨缠按大逆电嬗的内犁尺寸縮小制成。15吨鋼水包按 北滿湖的縮小捌成。几何相似后，更重要的是雨液流运动湘似和动力相似。 2.运动相似 液体質点流过湖应欲段所需时聞具有固定的比例。液体質点运动时的儿何轨跡相似。 模化的锅液与渣，自电姐模型中流出时，必然与实际情况有相似的运动軌跡，这是因为 模型与实物几何相似之下，流体都同样只受重力的作月。实际观察也証实了流体具有相似的 抛物線軌跳。 模化了的阚与渣，部倒出的刷間，逃度，流量必然与实际情况具有固定的比例： 04==10…儿何银尺寸比例 红=…时閥比例
第 一十 期 一 一 雷 冲 蒋 混 合 球 钢 水 力 学 模 型 拭 脸 雷冶 教研组 一 、 前 言 电冲棘的 混合工 艺 ， 不 但解决 了膊健 落渣引起 回磷 降低脱硫效果的 阴题 。 而且电冲搏 时渣温高 ， 渣流动 性好 ， 生产 稠度方便 ， 化学成分稳 定等优 点 ， 从 大逛铜 厂拭婉 的 桔 果 来 看 ， 脱硫率 ， 脱氧率 ， 铜 中夹杂 ， 锅 中气体 ， 低倍 和 机械性能都达到 了 电慷剔 的水平〔 〕 。 这种混 合工 艺 ， 对 我 国 电坡 ， 一般在 一 吨 ， 膊燎一般在 吨来靛 ， 是切实可行 的 。 电 冲搏的混 合方式尽管优 点 多 ， 但扑 多周题还待解 决 ， 例如 用少 最的 电服铜水和渣 ， 是 否能 冲混 多量 的搏烷剔 水 混 合比高 时 ， 保征 混合良好 的条 件是 什 么 渣在铜水包 中运劝 的情 况如何 为 了弄清 上面 的 周题 ， 我们进 行 了混合辣铜 的水 力学摸犁就撇 ， 二 、 相 似像件 在混 合烛铜 的操作 中 ， 无谕倒包法 ， 膊冲 电或是 电冲搏 ， 渣铜掩混主要靠重 力的作 用 。 当然渣在铜水包 中的运动 ， 还受粘滞 力 ， 和 界面 张 力的影响 。 但这些不是主要的 。 因此 ， 本 试擞的近似模化 中 ， 忽略 了这些 力的作 用 。 为 了使模 化 的荆水和渣的运动 与实 际情 况相 似 ， 根据相似第三定理 ， 使雨现象相似的必 要条件是 几何条件相似 ， 运动 和动 力条件相似 ， 充分的条件是决 定性规范数相等〔 〕 。 几何条件相 似 在整个混合过程 中 ， 电煊出铜 日 的大小形 状 ， 出嗣槽的尺 寸以 及 锅水包 的形状 ， 会影响 渣椒运动 的情 况 ， 所以 在制 作模塑 时 ， 首先保征这些部分 的兀 何相似 。 本就脸选 用了吨 电煌巧吨铜水包 ， 精尺为 这种精尺使模犁不致太大而制作 困难 ， 也 不 致太小 而观 察不 清 。 吨煊按我院 电燎 畏 春出品 ， 引吃煊按 大也 电燎 的内型尺寸精小制成 。 巧吨铜水包按 北 满剔 厂的精小制 成 。 几何栩 似后 ， 更贡要的是雨液流运动相似 和动 力相似 。 运动相 似 液体臀点流过相 应腺段所需时简其 有 固定的比例 。 液体置点运动 时 的 何朝娜相似 。 披 化的瑚 液与渣 ， 自电谊模 犁 中流 出时 ， 必然与实 际情 况有相似 的运动轨胁 ， 这是 因为 模 型 一 与实物 几何相似 之 一 厂 ， 流体 郑同样 只 受乖 力的作 用 。 实 际观 察 也征实 了流体具 有相似 的 抛物腺轨赫 。 模 化 了的铜 一 与渣 ， 个部倒 出的 ，周 ， 速度 ， 流 猎必然与实 际情 况其有 固 定的比例 “ 一弄一 。 · · · … … 、 何腺尺寸、 例 “一 不 ， · · · · · · · 一 · 、周二 例 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1960．03．009
-80- 鋼院學報 。=江…速度比例 …流量比例 其中帶“，”者为模型参数。 3.动力相似 要做到动力相似雨液流相应的質点，应受性質和相同的力作用， 今流体运动主要决定于重力的作用，表面能力和粘滯力也有影响。 根据資料，鲷液此重为7.15，渣的比重为3〔3)，故鋼渣此重之此为1：2.8，武验中模 化渣是用染紅的液态石臘，此重为0.77，因此逃用模化钢液用的液体比重应当是1.83，而且互 相不溶解。我們想选擇KI,CdSO4,SCL2,作为模化潮液，因为它們的水溶液比重大，但KI 溶液日子久了，碘会游离出来，使溶液变为棕色。因此选涓了容易买到的SCl2,可以將水 溶液的比重配到1.83，但配制过程中室内温度变冶时，很快有結晶祈出，有时出现乳白色的 Sn(OH)4,为此，要加入HCl,但SnCl,溶液仍稳不定日子久了会变淡黄混濁，影响覕绕。 而且含HCl有腐触性。 ,在测定SCl2和液态石搬的粘度和我面服力之后，得不出和鋼及渣之間的相似关系，例 如翔与渣的表面跟力为2：1（銅液1050达构/厘米，渣液500达因/興米）〔4〕而SCl2溶液和 液态石臘表面张力的模化关系为1.56：1，因为起决定作用的是重力而且根据调定相差不是太 大，因此，这些因素就忽略了。能够做到企部相似当然更好些。 流量和出铜时間的比例关系，經过計算可从利德規范数相等求出。 由于雨液流的动力相似，則弗利德規范数相等：（或称弗利德准数相等）即崩液的F。 =。渣的F,=F, 当F,=F时，则 g·1=g' u2 u艺 在同一重力場下g=g u 即 d。=0,立 今几何尺寸此例尺为10：1 u=102 =3.17 l 由 in=u it il ut' =8l=12-分.17 0,=04 因此出鋼时間比例是T:T=3.17:1
一 劝 一 翎 院 祭 权 ‘一李 · · · · ， · … …速度、 例 抉 。 ，，‘ ，。 万石一 … ’ … ” ‘ ’ 现‘ 直东洛台 少终 议 ’ 其 中带 “ ， ” 者为模犁参 数 。 动 力相 似 要做到动 力相似雨液流相 应 的鬓 点 ， 应 受性臀相 同的 力作 用 ， 今流体运动主要决定于重 力的作 用 ， 表面 能 力和 粘滞 力也有影响 。 根据查料 ， 铜液 比重为 ， 渣的比重为 〔别 ， 故铜渣比重之比 为 鸽 ， 试胧 中模 化渣是用染缸 的 液 态石 磁 ， 比 重为 竹 ， 因此 选 用模 化铜 液 用的液体 比 重应 当是 邵 ， 而且互 相 不溶解 。 我仍想选择 ， ， ， 作 为模 化铜液 ， 因为 它们 的水溶液北 重大 ， 但 榕液 日子久 了 ， 碘会游离 出来 ， 使榕液变 为棕色 。 因此 选 用 了容 易买到 的 ， 可 以将水 溶液 的比重配到 ， 但配 制过程 中室内温度变 冷时 ， 很快有桔晶析出 ， 有时 出现乳 自色 的 ， 为此 ， 要加入 ， 但 溶液 仍稳不定 日子久 了会变淡 黄混镯 ， 影响观察 。 而且含 有腐蚀性 。 。 在侧 定 和 液 态石撇的粘度和表面 张 力之后 ， 得不出和朗及 渣之 简的相 似关系 ， 例 如钢 与渣的表 面 拔 力为 铜液 达 因 厘米 ， 渣液 达 因 迈 米 〔 〕而 ，溶液和 液 态石撇表 面张 力的模 化关系 为 ， 因为起 决 定 作 用 的是重力 而且根据侧 定相差 不是太 大 ， 因此 ， 这些 因素就 忽略了 。 能够做到 全部相似 当然 更好些 。 流量 和 出铜 时 简的比例 关系 ， 握过针算可从 弗利 德规范数相等求 出 。 由于雨 液 流 的动 力相似 ， 具 弗利 德规 范数相等 或 称弗利 德准 数相等 即铜液 的 一 ‘ ， 渣的 ， ‘ 当 ， 时 ， 只 ‘ ’ ， 在同一重 力岛 一『宫 一犷 一一 一 ︸ 订 ’ 刁 。 一 “ 今 几何 尺寸 比例 尺为 舀召 一 “ 口伪， ‘了 一一 娜一次叼韶一 由 一 于 乙 二 去兰 一 ， 。 拜 一 因此 出剔时尚比例是 护
第十期 -81- =·s=μ·。8及s各为出镧口断面面积 Q u's' 由于 0s=01? 0u=a2.0, =010.5 =(10)2.6 =317 所以流量的此例Q:Q=317:1 有了这些关系，就可以求川模化用的钢水及渣量，以及傾动模型所需的时間。 例如5r电爐鋼水冲10r轉城鋼水，渣量为5%，則SCl2和石臘油的用量計算如下： 5吨鋼水的体积为5×0.14=0.7米 出鲷时周为40秒.Q=7000000=17500厘米/秒。 40 模坚所儒之流量 Q'-17500 317 =55.1米/秒 i,=3.17 模化出钢时调为，97=12.6称。 .·.SnCl2溶液用量。 电墟模型中应放55.1×12.6=700厘米3 图15T重墟棋型蓝筆所蛀尺寸属3工電城模型
第 十 期 一 一 · 日 一 奋玉了一 几 万二 一 召 、 心 吕 · 方， 及 才 各为出铜 口 断 面面积 由于 吕 一 ‘ 刀、 · 占 一 。 · · “ 所以流量的比例 ‘ 二 有 了这些关系 ， 就可以 求 出模化 用的剔水 及 渣量 ， 以 及 倾动模 型所需的时简 。 例 如 电墟铜水冲 ，膊媲剔 水 ， 渣量 为 ， 期 ，和石 腌油的 用量补算如下 吨铜水 的体积 为 欠 一 米 “ 出剔时周为如秒 ’ 模 坚所需之流量 一 厘米 ” 秒 。 一 厘米 “ 秒 。 一 模 化 出“ 时“ 为斋 一 ” 秒 。 溶液 用量 。 电嘘模 型 中应放 弱 二 厘米 一冬扮 一转爹一一日 固 ， 雷城 模 型 蓝肇所鼓尺 寸名 ， 雷城 模 型
-82- 翎院粤报 绸包模型中应放700×2=1400镇米3 总共腰SnC12 700+1400=2100 SnCl2共重 2100×1.83=3850克挥米8 渣最为5g% 850×0.05=192克 石臘油精用最为 0.77=250厘米8 ·192 三、武驗設備及測量 模型金部由塑料制成，用乙酸乙脂做粘繡剂，模型尺寸如图1图2 設备按斐如图3，是通过滑輸索等，使爐了傾动你编水包的下降及前移同时进行，这 样可以不致使被子里倒出来的SCl,冲到包外面，操作时j-一个人控制就可以了。 观察冲混好环，主要从包中被渣染缸的程度：从观察所得，只能作出定性的分析。 回215T铜水包模型蓝筆所註尺寸属 图昌設情安装示意图 0T辋水包棋型 四、試驗結果和尉論 共进行了以下几种类型的电墟鋼和渣冲混轉媚鏑水的武驗 混合高度（模型中之冲击距离）0.2；0.25；0.3；0.4；0.51混合此例（以电城铜水为 1)1:1;1:21:3;1:4;1:51:6;1:7;1:8,每一特定的高度和混合比就®5爐。每次 混合渣量为5%。出铜速度相当于实际操作中：之川绷速度。模型为12秒换算其实情况钓为40 秒左左。 1,由水力学模犁武驗的观察（衣1，图4）随混合高度的增加或混合此的减小混合效
姻 院 李 根 铜 包模 型 中应放 总共氯靛类 ， 共 重 渣最为 石 月欺油需用量为 一 厘 米 “ 十 留 克 厘 米 “ 鸽的 又 克 朋 厘米 ” 三 、 歌脆毅愉及 测量 模型全部 由塑料制成 ， 用乙酸 乙脂做 粘精剂 ， 模塑 尺 习 一 如 图 和图 投备按装 如 图 ， 是通过滑输耗索等 ， 使燎子倾动 和铜 水包的下降 反 前移同时进 行 ， 这 样可以不致使燎子 里倒 出来的 冲到 包 外面 ， 换作 时 一 个人控制就可以 了 。 观察 冲棍好坏 ， 主要从包 中被渣染扛的程 度 ， 从观察所得 ， 只能作 出定性的分析 。 坷勺、‘ 气勺，叹 圈 姻 水包模型 蓝 等 所让尺寸 其 固 投储安 装示 意 圆 扔 姻 水 包模型 四 、 歌膝桔果和对渝 共进行 了以 下儿 种类 型 的 电煊铜 和渣冲混搏燎纲 水 的藏尉 混 合高度 模型 中之 冲击 断离 次 。 ， 每一特 混合渣 最为 。 出铜速度相 当于实 除操作 中之 出瑚速度 。 秒左右。 混合比例 以 电燎铜水为 的 高度 和混合此拭城 假 。 侮次 模型 为 秒换算具实情 况钓 为 书定 由水 力学模犁就股的观察 表 ， 图 随混合 高度的增加或 混合此 的诚小混合效
第十期 83-. 果提高。这与实际中所取得的秸果相一致。 表1 频 .2M 2以：4游67闷 一一4州 a.2★★★古4k 0,25 基AX 80 93 ★★★安基A44 0,4 共女南★★华4X 5常带年由力命△ o ★好，纪约匀混名.统解柱包康 。中，全乞说哈.但有小打信巨减煤合装批剩. 20 ×场心城说有况含.式混插拖铺 好（作#）没有逆柠战特抉候件的 绒精.吧可断定其混台放米好 阁41：1~1：6各擅混合效果 2.发现用少最的电爐彌冰和渣，冲击较人最的轉姐銅水时，仍能得到良好的混合效 果。例如在混合比为1：4时即使混合高度仅为0.2（相当箕实混煉时2）仍能得到良好的混 合。在高混合比时(1：7或1：8)0.3左右的混合高度就能保証包内大部分区域的一定程度混 合，仅是在阴影区混合微弱（图5） 3.低混合北时（如1：5以下)混合高度在0.2~0.3“就混合良好。 由于低混合此时，較低的高度就混合很好。所以在就驗中很难观察到随着混合高度的坩 加而混合效果显著提高。但在高混合此之下（1：6或1：7)就能看到混合高度增加后混合效果 得到改善。 4.混合过程中渣被冲击成細小颗粒而弥散在整个包中。这些細小的渣粒上浮很 快。 实际混煉中能达到較高的脫硫，脱氧效果，均被解釋为由于渣鍋界面的增加，使冶金反 应能很快进行和趋近平衡。这次武验的观察，同这种假殿是吻合的。 围5 刷6 图7 观察到渣粒上浮很快，六颗数20~30秒，細小的为1~2分鏡，这相当于宾实情况的3~6分 鐘，所以認为在实际混煉中，鋼液在包有5~8分鐘的鐵諦就足够了。 5.'非冲击区域的渣鋼混合是牿助于渣粒的运动（如图6,7，即渣粒在垂谊方向的运动
第 十 期 果提高 。 这与实 陈 中所取得的桔果相一致 。 一 胎 一 撇幸加和， 表 和口 刀，老 ‘ 心 玲 几 丁 ‘ ，声 ‘ 币 诗 心 犷 介‘ 声‘ 了 才 ‘ 碗 ‘ 自目 ‘ 几 扣口 二 ‘ ‘ 一 砚 ，山， 一 一 一 一 武 夺州 矛 食 令 基 盛 沉 决 ‘ 叹 分份 资 介 举玲 ‘盛 布 才心 铃仲诗 ﹄坏 ‘、 ， 忆中 认飞， 灯 场 月 ‘ 针的匀姚徽 翔挽今冲含眺 申 全包璐 惭 ，初扮 林咸候舌菜娜 、 恢 抽区减谈毒残合 · 式淇她栩以 奋口 口 讨 好 侧以粼钧 从靳 但可 圈 各玻混合效采 发现 用少最的 电想铜水和渣 ， 冲击蛟 大最 的蒋健铜水时 ， 仍能得 到 良好 的 混 合 效 果 。 例 如在混 合此 为 时即使混 合高度仅为 ， 相 当真实 混慷时 勺 仍能得到 良好的 混 合 。 在高 混合此时 或 扒 左右 的混合高 度就 能保靓包 内大部分 区 域的一 定程 度混 合 ， 仅是在阴影区混合微弱 图 低 混合比时 如 以 下 混合高度在 ” 就混合良好 。 由于低混合此时 ， 较低的高度就混合很好 。 所以 在藏脸 中很难 瑰察到随着混合高度的增 加而混合效果显著提高 。 但在高混合此之下 或 就能看到混合高度增加后混合效果 得到 改善 。 混合过程 中渣被冲击成韧 小 颗粒 而 弥 散在 整个包 中 。 这华相 小 的 渣 粒 上 浮 很 快 。 实 陈混辣 中能达到蛟高 的脱毓 ， 脱氧效果 ， 均被解释为 由于渣痢界面 的增加 ， 使 冶金反 应 能很快进行和趋近 平衡 。 这次拭服的现察 ， 同这 种假没是 吻合的 。 圆 因 圆 观察到渣粒上浮很快 ， 大颗粒加 秒 ， 袖小的为 分跪 ， 这相 当于具实 情 况的 分 拔 ， 所以 豁为在实 际混燎 中 ， 铜液在包 中有 一 分髓的旗砰就 足够 了 。 ‘ 非冲 击 区域的渣粼混合是 借助 于渣粒的迄功 如 图 ， ， 即渣粒在垂道 方 向的运动
-84— 解院學報 和在水不方向的运动。无論垂直还是水平方向的运动在包中各截面都在进行。 实际混煉中发现：电冲囀比轉冲电有較好的脫硫，脫氧等效果。並認为电爐傾出的鋼与渣 具有一切向力而使混合效果提高。在我們的武验河以显著地观察到被染成紅色的渣小粒在 不同高度的水平面旋轉。尤其是在电爐中倒川之翁液冲击包，心幅左或偏的地方这种水平 力更为显著。 ,6.出朔时若捌流偏于前方，則前包混合特别阏烈，但后华部尤其是下方混合减彩。 这样傾出前伞部包壁也被冲刷（图8） 网8 9 周10 冲击包中央能引起包中均混合图9， 为了有足够的水平切力，可以控制錕流冲击在略偏离包中心的一方（应是塞桿的另一 方)如图10之阴影区，由渣的运动可知，渣在鋼水中的利用还是比皎良好的。 五、存在問题和今后工作 本武验由于时間比較紧，設备不够完善，因而存在以下問題： 1.‘模化鋼液之SCl2溶液在空气中不稳定易氧化。开始武驗时无色透明的溶液以后就 变为黄色混濁，影响了观察。为了防止水解，须加入HC而使溶液帶有腐蝕性。石臘油易粘 于模壁，影响覌察。 SnCl2液与石臘液之閥的粘度和表面張力尚不与宾卖情况完柔相似。 2.混合效果的观察和判断主观誤差很大，並很粗糙仅能定性描逃，渣的完金上浮与否 很难判断。 相信通过定混合包中液体的透明程度来代替观察。將会使桔果更为精确。 3.混合速度，混合比和高度三者关系荷未武驗。 4. 先出渣后出鋼、先出鋼后出渣、渣鋼齐出等出鋼方法未作比較。 5.电冲轉、轉冲电、倒包法未作比較。 由于試驗条件的限止，所以得出的桔論得粗越，仅供参考。 参考文献 1.鹩-电混合煉鋼研究大速鋼厂1959.10 2.东北工学院：治金墟理論基酬.1959 3.耶德聶拉尔黑色电治金学 4.几.几.KHMH nOBepxHOCTHbIe AbeHHs B MeTannox1955196-202頁
一 一 翎 院 李 粗 和 在水平方 向的运动 。 无湍垂直还是水平方 向的坛动 在包 中各截面都在进 行 。 实际 混辣 中发现 电冲裨此搏冲 电有较好 的脱硫 ， 脱氧等效果 。 韭甜 为 电墟倾 出 的铜与渣 具 有一切 向 力 而使混合效果提高 。 在我们 的拭撇 中可以 显著地观 察到被染 成打色 的进小粒 在 不同高度 的水平面旋 搏 。 尤 其是 在电健 中倒 出之剔 液 冲 击 包 中心 俪左 或偏右 的 地方这 种 水平 力 更为显著 。 出铜 时若剔 流偏于前方 ， 只 前 牛包 混 合特别 剧 烈 ， 但后 个部尤共 是 一 厂方 混合诚弱 。 这样倾 出前 平部包 壁也被冲刷 图 风 、 圆 皿 圆 卿 圆 冲击包 中央能 引起 包 中均 匀混合 图 ， 为 了有足够的水平切 力 ， 可以控制绷流 冲击在略偏离包 中心 的一方 应是 塞 程 的 另 一 方 如 图 之 阴影区 ， 由渣的运动可知 ， 渣在钢水 中的利 用还是 此较良好的 。 五 、 存在周题和今后工作 本藏驭 由于时 简此较紧 ， 毅备不够完善 ， 因而存在以下 简题 ’ 模化铜液之 ，榕液 在鉴气 中不 稳定易氧化 。 开始拭脑时无色 透明 的溶掖以后就 变 为 黄色混渴 ， 影响 了观 察 。 为 了防 止水解 ， 须加 入 而使溶液带有腐触性 。 石眼油易粘 于模壁 ， 影响观 察 。 液 与石 腹液之 简的 粘度和表 面强 力尚不与真实情 况完全相 似 。 混合效果 的瑰 察和 断主观筷差很大 ， 业很粗糙 仅能 定性描述 ， 渣的 完全上 浮与 否 很难判 断 。 相 信通过测定 混合包 中液体 的透明程度来代替观察 。 牌 会使拮果 更为精确 。 混合速度 ， 混合比和 高度 三者 关 系街未拭敏 。 先 出渣后 出锅 、 先出铜后出渣 、 渣铜 齐出等出铜方法未作 此校 。 电冲搏 、 搏冲 电 、 倒包法未作此较 。 由于献段条件的 限 止 ， 所以得出的桔瑞得粗糙 ， 仅供参考 。 参 考 文 献 搏一 电混合燎剔研究 大篷铜厂 东北工学院 冶金煊理希基础 耶德矗拉尔 黑色 电冶金学 月 刀 打。 扫。 怨 丁 只‘ 洲“ 只 启 ” 二 月 即 真