·1246 工程科学学报，第38卷，第9期 3.2液态钢渣颗粒凝固过程影响因素分析 度为298K,空气流速大于3.11ms时，2.9s内在熔 3.2.1直径及风速的影响 渣表面可形成0.1mm的渣壳 表面凝固时间的控制对于防止渣粒黏接有重要意 对于1mm渣粒在空气流速从1.94m·s变化到 义，当熔渣表面凝固到一定程度时，就会避免颗粒之间 4.66ms时，渣粒表面凝固时间从1.32s变化到 粘接，表面凝固区域是距离渣粒表面0.1mm厚度的薄 0.94s,渣粒表面凝固时间减幅28.78%.对于相同 层.图4(a)给出不同直径的渣粒表面凝固时间与直 风速1.94ms时，直径从1mm变化到3mm,渣粒 径及风速之间的关系. 表面凝固时间由1.32s变化到3.95s,渣粒表面凝固 从图4(a)中可见，在同样的空气流速下，表面凝 时间增幅近2倍.同样分析其他工况发现：渣粒直径 固时间随粒径的增大而增大，对于同一粒径的渣粒，表 相对来流空气速度，对渣粒的表面凝固影响作用 面凝固时间随着空气流速的增大而减小.在空气流速 较大 为l.94ms时，直径d。=1mm熔渣表面凝固时间为 图4(b)给出在其他条件不变，来流空气温度为常 1.42s,而直径d。=5mm熔渣表面凝固时间为8.40s. 温298K时，熔渣中心凝固时间的变化 在空气流速为4.66ms时，直径d。=5mm熔渣表面 对于1mm渣粒在空气流速从1.94m·s变化到 凝固时间也到达6.10s,粒径的增大会使熔渣的比表 4.66ms时，渣粒中心凝固时间2.72s变化到2.02s, 面积增大，颗粒内部的传热形式以导热为主，从而熔渣 渣粒中心凝固时间减幅25.74%.对于相同风速1.94 内部的导热热阻加大，这会导致凝固时间增长.在小 m's时，直径从1mm变化到3mm,渣粒中心凝固时 于3mm直径的渣粒，在低速下即可实现表面凝固，且 间由2.72s变化到7.86s,渣粒中心凝固时间增幅近2 在空气流速在大于3.11ms时，熔渣表面在2.9s内 倍.同样对其他粒径及工况，经分析得知，渣粒直径相 就可快速凝固，实现瞬间粒化.经数值计算，在空气温 对来流空气速度，对渣粒的中心凝固影响较大 9 18 空气流速 空气流速 b 16 -1.94mg1 -1.94m·g1 ◆3.11m·sl 14 ◆-3.11m·s1 4-3.88m·8 -3.88m*s 6 -4.66m·s 12 -4.66m+s1 4 8 3 6/ 2 3 3 渣粒直径/mm 渣粒直径mm 图4凝固时间随熔渣直径的关系.(a)渣粒表面：(b)中心 Fig.4 Relationship of solidification time and diameter:(a)surface:(b)center 3.2.2空气来流温度的影响 1.44s变化到4.19s,渣粒表面凝固时间增加近2倍 图5(a)给出不同直径渣粒在来流空气温度为 同样分析其他工况，得知渣粒直径相对来流空气温度， 298、333、523和773K,速度为1.91ms时，渣粒冷却 对渣粒的表面凝固影响较大 空气温度与渣粒表面凝固时间变化关系.渣粒表面凝 如图5(b)所示，2mm渣粒在来流空气温度为 固时间随着来流冷却空温度的增大而增大.这是由于 298、333、523和773K,速度为1.91ms时，颗粒内部 增加空气温度，减小空气与熔渣之间的温差，在平均对 凝固时间随着来流空气温度增加而增大，颗粒表面和 流换系数一定的情况下，减小对流换热量.空气温度 颗粒门内部增加的趋势基本一致. 越低，渣粒表面凝固所用时间越短.但是凝固时间变 来流冷却空气温度越高，渣粒最终凝固时间会增 化非常平缓，温度从300K到800K的变化过程中渣粒 大，从来流空气温度从298K到773K变的过程中，渣 表面凝固时间变化非常小，仅为0.3s左右. 粒中心凝固时间的变化仅为0.5s左右，变化同样并不 对于1mm渣粒在来流空气温度从298K变化到 明显.由此可见，来流空温度对于渣粒的凝固影响并 773K时，渣粒表面凝固时间1.32s变化到1.76s,渣粒 不明显 表面凝固时间增幅33.3%：对于来流空气温度为333 对于1mm渣粒在来流空气温度从298K变化到 K时，直径从1mm变化到3mm,渣粒表面凝固时间由 773K时，渣粒中心凝固时间2.72s变化到3.46s,渣粒工程科学学报，第 38 卷，第 9 期 3. 2 液态钢渣颗粒凝固过程影响因素分析 3. 2. 1 直径及风速的影响 表面凝固时间的控制对于防止渣粒黏接有重要意 义，当熔渣表面凝固到一定程度时，就会避免颗粒之间 粘接，表面凝固区域是距离渣粒表面 0. 1 mm 厚度的薄 层． 图 4( a) 给出不同直径的渣粒表面凝固时间与直 径及风速之间的关系． 从图 4( a) 中可见，在同样的空气流速下，表面凝 固时间随粒径的增大而增大，对于同一粒径的渣粒，表 面凝固时间随着空气流速的增大而减小． 在空气流速 为 1. 94 m·s － 1 时，直径 dp = 1 mm 熔渣表面凝固时间为 1. 42 s，而直径 dp = 5 mm 熔渣表面凝固时间为 8. 40 s． 在空气流速为 4. 66 m·s － 1 时，直径 dp = 5 mm 熔渣表面 凝固时间也到达 6. 10 s，粒径的增大会使熔渣的比表 面积增大，颗粒内部的传热形式以导热为主，从而熔渣 内部的导热热阻加大，这会导致凝固时间增长． 在小 于 3 mm 直径的渣粒，在低速下即可实现表面凝固，且 在空气流速在大于 3. 11 m·s － 1 时，熔渣表面在 2. 9 s 内 就可快速凝固，实现瞬间粒化． 经数值计算，在空气温 度为 298 K，空气流速大于 3. 11 m·s － 1 时，2. 9 s 内在熔 渣表面可形成 0. 1 mm 的渣壳． 对于 1 mm 渣粒在空气流速从 1. 94 m·s － 1 变化到 4. 66 m·s － 1 时，渣 粒 表 面 凝 固 时 间 从 1. 32 s 变 化 到 0. 94 s，渣粒表面凝固时间减幅 28. 78% ． 对于相同 风速 1. 94 m·s － 1 时，直径从 1 mm 变化到 3 mm，渣粒 表面凝固时间由 1. 32 s 变化到 3. 95 s，渣粒表面凝固 时间增幅近 2 倍． 同样分析其他工况发现: 渣粒直径 相对来 流 空 气 速 度，对渣粒的表面 凝固影响作用 较大． 图 4( b) 给出在其他条件不变，来流空气温度为常 温 298 K 时，熔渣中心凝固时间的变化． 对于 1 mm 渣粒在空气流速从 1. 94 m·s － 1 变化到 4. 66 m·s － 1 时，渣粒中心凝固时间 2. 72 s 变化到 2. 02 s， 渣粒中心凝固时间减幅 25. 74% ． 对于相同风速 1. 94 m·s － 1 时，直径从 1 mm 变化到 3 mm，渣粒中心凝固时 间由 2. 72 s 变化到 7. 86 s，渣粒中心凝固时间增幅近 2 倍． 同样对其他粒径及工况，经分析得知，渣粒直径相 对来流空气速度，对渣粒的中心凝固影响较大． 图 4 凝固时间随熔渣直径的关系 . ( a) 渣粒表面; ( b) 中心 Fig． 4 Ｒelationship of solidification time and diameter: ( a) surface; ( b) center 3. 2. 2 空气来流温度的影响 图 5( a) 给出不同直径渣粒在来流空气温度为 298、333、523 和 773 K，速度为 1. 91 m·s － 1 时，渣粒冷却 空气温度与渣粒表面凝固时间变化关系． 渣粒表面凝 固时间随着来流冷却空温度的增大而增大． 这是由于 增加空气温度，减小空气与熔渣之间的温差，在平均对 流换系数一定的情况下，减小对流换热量． 空气温度 越低，渣粒表面凝固所用时间越短． 但是凝固时间变 化非常平缓，温度从 300 K 到 800 K 的变化过程中渣粒 表面凝固时间变化非常小，仅为 0. 3 s 左右． 对于 1 mm 渣粒在来流空气温度从 298 K 变化到 773 K 时，渣粒表面凝固时间1. 32 s 变化到1. 76 s，渣粒 表面凝固时间增幅 33. 3% ; 对于来流空气温度为 333 K 时，直径从 1 mm 变化到 3 mm，渣粒表面凝固时间由 1. 44 s 变化到 4. 19 s，渣粒表面凝固时间增加近 2 倍． 同样分析其他工况，得知渣粒直径相对来流空气温度， 对渣粒的表面凝固影响较大． 如图 5 ( b) 所 示，2 mm 渣粒在来流空气温度为 298、333、523 和 773 K，速度为 1. 91 m·s － 1 时，颗粒内部 凝固时间随着来流空气温度增加而增大，颗粒表面和 颗粒门内部增加的趋势基本一致． 来流冷却空气温度越高，渣粒最终凝固时间会增 大，从来流空气温度从 298 K 到 773 K 变的过程中，渣 粒中心凝固时间的变化仅为 0. 5 s 左右，变化同样并不 明显． 由此可见，来流空温度对于渣粒的凝固影响并 不明显． 对于 1 mm 渣粒在来流空气温度从 298 K 变化到 773 K 时，渣粒中心凝固时间2. 72 s 变化到3. 46 s，渣粒 ·1246·