增刊1 董凯等：承钢钒铁炉底吹N,水模型试验研究 ·223· 比例为1：2，考虑到几何相似，模型的几何参数如表 电导率仪 1所示. 气阀 0 表1钒铁炉与模型参数 钒铁炉 Table 1 Parameters of EAF producing ferrovanadium and model 电极 mm DJ800 钒铁炉和模型 炉体高度炉体直径 熔池深度 流量计 钒铁炉 计算机 500 1700 200 模型 250 850 100 氮气瓶 2t钒铁炉冶炼过程主要采用底吹N2的方法，吹 气过程是气液两相流作用，考虑惯性力和重力的作 图1实验装置示意图 用，所以动力学相似应保证模型与原型的修正 Fig.I Sketch of the experimental devices Fous准数相等： Fro=Fro, 即： x-Pgm -x-Prm g'dPu-Pen g'de Pip -Pa 经过转换可以得到： g=A×-x Q。W Pp-P即Pgm 式中：FrFr。分别为模型和原型的修正Froude准 图2实物装置图 数；。，分别为模型和原型中气体的特征速度；dm Fig.2 Experimental devices 和d,分别为模型和原型的底吹喷嘴直径：g为重力 加速度；Q。Q,分别为模型的气体流量与原型的气 体流量P1mPp分别为钒铁液的密度和自来水的密 Ⅲ孔 Ⅱ孔 R261 R2175 度PmP分别为标况下模型和原型中喷吹气体的 00000 00090 R3045 密度；入为模型与原型的几何尺寸比例 根据现场底吹状况以及上式可以总结出水模拟 R174- 实验的底吹流量大小，如表2所示. 表2水模拟实验底吹N2流量设计 R435 Table 2 Bottom blowing quantity of N2 in experiment R130.5 1孔 (L·minl) 图3模型底吹气孔排列方式 原型和模型 水平1水平2水平3水平4水平5 Fig.3 Arrangement of bottom-blowing holes in the model 原型 10898 1271014536 1634718159 计算机、电测仪、各种传感器和相应的软件组成.实 模型 728 849 971 10921213 验开始时，向熔池内加入20mL饱和KC1溶液，同时 1.2实验装置及实验方法 用电导探头开始测量熔池内电导率的变化，以电导 本水模实验装置示意图如图1所示，图2为实 率变化偏差达到最终平均电导率的±0.5%定为混 物装置图，图3为模型底吹气孔的排列方式.底吹 合时间.为了获得较高的精确率，对每一种工况都 气体即采用实际生产中用到的氮气，采用自来水模 重复测定3~4次，取所测得的平均值为该工况下的 拟钒铁液.在钒铁炉相对的两侧安装电导探头连接 混匀时间0.D800工作界面如图4所示，实验因 电导率仪，然后将数据传输至计算机进行收集处理. 素水平以及正交试验设计如表3和表4所示因，混 最后可以由计算机分析处理得到钒铁炉混匀时间. 匀时间测定结果如表4所示 整个实验过程主要考察的是底吹气孔位置以及 2实验结果及影响因素分析 底吹气体流量对混匀时间以及流场的影响 本实验采用中国水利科学研究院研发的DJ800 2.1吹氨流量对混匀时间的影响 型多功能监测系统来测定混匀时间，整个系统分为 由图5可以看出，在仅考虑因素1（模型单孔底增刊 1 董 凯等: 承钢钒铁炉底吹 N2水模型试验研究 比例为 1∶ 2，考虑到几何相似，模型的几何参数如表 1 所示． 表 1 钒铁炉与模型参数 Table 1 Parameters of EAF producing ferrovanadium and model mm 钒铁炉和模型 炉体高度 炉体直径 熔池深度 钒铁炉 500 1700 200 模型 250 850 100 2 t 钒铁炉冶炼过程主要采用底吹 N2的方法，吹 气过程是气液两相流作用，考虑惯性力和重力的作 用，所以动力学相似应保证模型与原型的修正 Frouds 准数相等［3］: Fr' m = Fr' p， 即: v 2 m g·dm × ρgm ρlm － ρgm = v 2 p g·dp × ρgm ρlp － ρgp ． 经过转换可以得到: Qm Qp = λ5 × ρlm － ρgm ρlp － ρgp × ρgp 槡 ρgm ． 式中: Fr' m、Fr' p分别为模型和原型的修正 Froude 准 数; vm、vp 分别为模型和原型中气体的特征速度; dm 和 dp分别为模型和原型的底吹喷嘴直径; g 为重力 加速度; Qm、Qp分别为模型的气体流量与原型的气 体流量; ρlm、ρlp分别为钒铁液的密度和自来水的密 度; ρgm、ρgp分别为标况下模型和原型中喷吹气体的 密度; λ 为模型与原型的几何尺寸比例． 根据现场底吹状况以及上式可以总结出水模拟 实验的底吹流量大小，如表 2 所示． 表 2 水模拟实验底吹 N2流量设计 Table 2 Bottom blowing quantity of N2 in experiment ( L·min － 1 ) 原型和模型 水平 1 水平 2 水平 3 水平 4 水平 5 原型 10898 12710 14536 16347 18159 模型 728 849 971 1092 1213 1. 2 实验装置及实验方法 本水模实验装置示意图如图 1 所示，图 2 为实 物装置图，图 3 为模型底吹气孔的排列方式． 底吹 气体即采用实际生产中用到的氮气，采用自来水模 拟钒铁液． 在钒铁炉相对的两侧安装电导探头连接 电导率仪，然后将数据传输至计算机进行收集处理． 最后可以由计算机分析处理得到钒铁炉混匀时间． 整个实验过程主要考察的是底吹气孔位置以及 底吹气体流量对混匀时间以及流场的影响． 本实验采用中国水利科学研究院研发的 DJ800 型多功能监测系统来测定混匀时间，整个系统分为 图 1 实验装置示意图 Fig． 1 Sketch of the experimental devices 图 2 实物装置图 Fig． 2 Experimental devices 图 3 模型底吹气孔排列方式 Fig． 3 Arrangement of bottom-blowing holes in the model 计算机、电测仪、各种传感器和相应的软件组成． 实 验开始时，向熔池内加入 20 mL 饱和 KCl 溶液，同时 用电导探头开始测量熔池内电导率的变化，以电导 率变化偏差达到最终平均电导率的 ± 0. 5% 定为混 合时间． 为了获得较高的精确率，对每一种工况都 重复测定 3 ～ 4 次，取所测得的平均值为该工况下的 混匀时间［4］． DJ800 工作界面如图 4 所示，实验因 素水平以及正交试验设计如表 3 和表 4 所示［5］，混 匀时间测定结果如表 4 所示． 2 实验结果及影响因素分析 2. 1 吹氮流量对混匀时间的影响 由图 5 可以看出，在仅考虑因素 1( 模型单孔底 ·223·