·214 工程科学学报，第38卷，增刊1 炉渣返干，底吹供气模式单一化，低碳钢生产较多，炉 Q3=0.00175Q4 (4) 底下降较快，造成了底吹供气元件维护困难，终渣F0 表1转炉原型与模型有关参数 含量过高，渣钢间传质能力差，反应动力学不足等问 Table 1 Related parameters of the prototype and the model 题，因此有必要对邯钢2501转炉治炼传质能力进行研 参数 原型 模型 究.转炉治炼过程是一高温反应过程，物理模拟研究 熔池直径/mm 6600 733.7 手段成为治金工作者常用的研究手段网.因此，本研 熔池深度/mm 1800 200 究针对邯钢250t转炉建立相似比为1：9的物理模型， 转炉高度/mm 10900 1121.1 研究不同工艺参数（底吹流量、顶吹流量、氧枪枪位、 底枪布置方式等)对转炉吹炼过程传质能力的影响， 炉口高度/mm 2869 318.8 从而优化相关参数，为改善邯钢转炉治炼工艺提供 炉口直径/mm 3600 400 指导. 炉身高度/mm 5379 598 炉底高度/mm 1506 167.3 1实验原理及方法 顶吹气体流量/(m3h1) 50400~63000 80.64-100.8 1.1实验原理 底吹气体流量/(m3h1) 720~1800 1.26-3.15 根据顶底复吹转炉中流体特点，为了保证模型现 表2 氧枪喷头结构及尺寸参数 象和原型现象相似，只须满足模型与原型几何相似及 Table 2 Structure and size of the oxygen lance nozzle 动力相似.模型以邯钢250t转炉为原型，按模型与原 参数 原型 模型 型相似比1：9来设计模型尺寸.同时为满足模型与原 型动力相似，实验中需保证模型和原型的修正佛鲁德 孔数 5 5 准数相等 喉口直径/mm 48.5 5.4 喷孔直径/mm 64.5 7.2 (1) P.8dP.gd2’ 中心夹角/() 15 15 是-()广（经）广 扩张段长度/mm 130.8 14.5 (2) 收缩段长度/mm 32 3.6 式中：p.为室温20℃时的空气密度，kgm3po,为标态 炉底高度/mm 1506 167.3 下氧气的密度，kgm3p.为水的密度，kgm3:p.为 枪位/mm 1700~2300 189-256 钢水密度，kgm3:g为重力加速度，ms2:d1和d2分 别为模型和原型的喷枪出口直径，mm:V。和V。,分别为 1.2 实验装置 模型和原型的喷枪出口气流速度，m·s1;Q,和Q2分 实验模型加工时保持模型与原型的几何相似比为 别为模型与原型喷吹气体的流量，m3h;Q,和Q,分 1:9.转炉模型、五孔拉瓦尔喷头的氧枪和转炉底部透 别为模型和实际的底枪供气量，m3h. 气砖等均采用有机玻璃加工制作.具体实验设备如图 将相关参数带入代入式(1)和式(2)中，可得到原 1所示，实验装置流程如图2所示，主要包括：(1)由转 型与模型顶吹气体流量关系式，见式(3).类似地，原 炉、喷枪、底部透气砖和熔池组成的吹炼系统：(2)由 型与模型底吹气体流量关系见式(4)所示.邯钢250： 转子流量计和压力表组成的气体流量控制系统：(3) 转炉和氧枪模型和原型的相关参数见表1和表2. 由酸度仪、电导率仪等组成的数据采集系统.图3为 Q1=0.0016Q2, (3) 转炉熔池底吹供气元件布置图 图1实验装置照片 Fig.1 Photo of the experiment device工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 炉渣返干，底吹供气模式单一化，低碳钢生产较多，炉 底下降较快，造成了底吹供气元件维护困难，终渣 FeO 含量过高，渣钢间传质能力差，反应动力学不足等问 题，因此有必要对邯钢 250 t 转炉冶炼传质能力进行研 究． 转炉冶炼过程是一高温反应过程，物理模拟研究 手段成为冶金工作者常用的研究手段［4--9］． 因此，本研 究针对邯钢 250 t 转炉建立相似比为 1∶ 9的物理模型， 研究不同工艺参数( 底吹流量、顶吹流量、氧枪枪位、 底枪布置方式等) 对转炉吹炼过程传质能力的影响， 从而优化相关参数，为改善邯钢转炉冶炼工艺提供 指导． 1 实验原理及方法 1. 1 实验原理 根据顶底复吹转炉中流体特点，为了保证模型现 象和原型现象相似，只须满足模型与原型几何相似及 动力相似． 模型以邯钢 250 t 转炉为原型，按模型与原 型相似比 1∶ 9来设计模型尺寸． 同时为满足模型与原 型动力相似，实验中需保证模型和原型的修正佛鲁德 准数相等． ρaV2 a ρw gd1 = ρO2 V2 O2 ρsgd2 ， ( 1) Q1 Q2 ( = ρO2 ρw ρaρ ) s ( 1 2 d1 d ) 2 5 2 ． ( 2) 图 1 实验装置照片 Fig． 1 Photo of the experiment device 式中: ρa 为室温 20 ℃时的空气密度，kg·m － 3 ; ρO2 为标态 下氧气的密度，kg·m － 3 ; ρw 为水的密度，kg·m － 3 ; ρs 为 钢水密度，kg·m － 3 ; g 为重力加速度，m·s － 2 ; d1 和 d2 分 别为模型和原型的喷枪出口直径，mm; Va 和 VO2 分别为 模型和原型的喷枪出口气流速度，m·s － 1 ; Q1 和 Q2 分 别为模型与原型喷吹气体的流量，m3 ·h － 1 ; Q3 和 Q4 分 别为模型和实际的底枪供气量，m3 ·h － 1 ． 将相关参数带入代入式( 1) 和式( 2) 中，可得到原 型与模型顶吹气体流量关系式，见式( 3) ． 类似地，原 型与模型底吹气体流量关系见式( 4) 所示． 邯钢 250 t 转炉和氧枪模型和原型的相关参数见表 1 和表 2． Q1 = 0. 0016Q2， ( 3) Q3 = 0. 00175Q4 ． ( 4) 表 1 转炉原型与模型有关参数 Table 1 Ｒelated parameters of the prototype and the model 参数 原型 模型 熔池直径/mm 6600 733. 7 熔池深度/mm 1800 200 转炉高度/mm 10900 1121. 1 炉口高度/mm 2869 318. 8 炉口直径/mm 3600 400 炉身高度/mm 5379 598 炉底高度/mm 1506 167. 3 顶吹气体流量/( m3 ·h － 1 ) 50400 ～ 63000 80. 64 ～ 100. 8 底吹气体流量/( m3 ·h － 1 ) 720 ～ 1800 1. 26 ～ 3. 15 表 2 氧枪喷头结构及尺寸参数 Table 2 Structure and size of the oxygen lance nozzle 参数 原型 模型 孔数 5 5 喉口直径/mm 48. 5 5. 4 喷孔直径/mm 64. 5 7. 2 中心夹角/( °) 15 15 扩张段长度/mm 130. 8 14. 5 收缩段长度/mm 32 3. 6 炉底高度/mm 1506 167. 3 枪位/mm 1700 ～ 2300 189 ～ 256 1. 2 实验装置 实验模型加工时保持模型与原型的几何相似比为 1∶ 9． 转炉模型、五孔拉瓦尔喷头的氧枪和转炉底部透 气砖等均采用有机玻璃加工制作． 具体实验设备如图 1 所示，实验装置流程如图 2 所示，主要包括: ( 1) 由转 炉、喷枪、底部透气砖和熔池组成的吹炼系统; ( 2) 由 转子流量计和压力表组成的气体流量控制系统; ( 3) 由酸度仪、电导率仪等组成的数据采集系统． 图 3 为 转炉熔池底吹供气元件布置图． · 412 ·