第36卷第1期 北京科技大学学报 Vol.36 No.1 2014年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2014 提钒用旋流氧枪喷头的数值模拟 王 慧”四，朱荣”，吕明”，张兴利2，谷云岭” 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)河北钢铁股份有限公司承德分公司，承德067002 ☒通信作者，E-mail:athenaco@163.com 摘要利用unt软件模拟旋流氧枪的气体射流和提钒转炉内部的钢液流速，研究常规氧枪以及旋流角分别为5°、8°、10° 和13°的旋流氧枪对熔池的搅拌效果和冲击特性.研究发现旋流氧枪射流分布相对分散，流股之间干扰少.增加熔池冲击面 积，熔池内部等速线所包围的面积变大.10°旋流氧枪喷头喷吹时，等速线所包围面积最大，其面积约为熔池纵切面面积的 75%,钢液的流动速度最大，有利于促进转炉提钒过程钒元素的扩散，从而提高提钒效率. 关键词转炉：钒：旋流氧枪：数值分析：计算机模拟 分类号TF341.1 Numerical simulation of swirl-type lances in vanadium extraction process WANG Hui'》,ZHU Rong》,LU Ming》,ZHANG Xing--i2》,G0um4img》 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Chengde Branch Company,Hebei Iron and Steel Company,Chengde 067002,China Corresponding author,E-mail:athenaco@163.com ABSTRACT The gas jet of swirl-type oxygen lances and the liquid steel velocity in vanadium extraction converters were simulated using Fluent software.The stirring effects and impact characteristics of conventional oxygen lances and various swirl-type oxygen lances (swirl angles of 5,8,10 and 13)on the molten pool were studied on the basis of simulated results.It is found that the gas jet of swirl-type oxygen lances has a relative dispersed distribution and the flows have a less disturbance.When the injecting area of swirl- type oxygen lances increases,the area surrounded by isovelocity is larger in the molten pool.Injecting with the 10 swirl-type oxygen lance makes the area surrounded by isovelocity get the largest,about 75%of the longitudinal section of the molten pool,and the liquid steel velocity is the highest.This is helpful to promote vanadium dispersion in the vanadium extraction converter and improve the vana- dium extraction efficiency. KEY WORDS converters:vanadium:swirl-type lances:numerical analysis:computer simulation 转炉提钒是钒和碳在提钒转炉内选择性氧化的 旋流氧枪除了产生轴向力和径向力外，还能形 过程.要实现提钒保碳的目的，必须降低熔池温度 成切向分力，改善氧气射流对熔池的搅拌作用. 以抑制碳氧反应的发生.熔池搅拌依赖于顶吹超音 Higuchi和Tago通过水模拟研究，发现合适的旋流 速氧气射流及底吹气体产生的物理搅拌作用口，而 氧枪可减少炼钢过程喷溅的发生.我国安钢和酒 转炉碳氧反应产生的化学搅拌作用较弱，导致提钒 钢6-曾在炼钢转炉上使用旋流氧枪并取得了良好 反应动力学条件差，钒的氧化速率和程度均受到限 的化渣和治炼效果.但是，对于旋流氧枪的几何结 制.因此，改善提钒熔池反应的动力学条件有利于 构和射流特性对转炉提钒的影响未有研究. 提高钒的氧化转化率回.国内研究人员己通过优化 本文利用Fluent软件模拟气液两相流的流场特 底吹喷嘴布置改善熔池的搅拌能力，促进提钒反应 性，研究常规氧枪喷头以及旋流角分别为5°、8°、10° 的发生，提高钒的氧化率和钒渣质量B- 和13°的旋流氧枪喷头在不同顶吹流量下的射流对 收稿日期：2012-11-22 基金项目：“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2012BAC27B00) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.01.014:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 1 期 2014 年 1 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 1 Jan． 2014 提钒用旋流氧枪喷头的数值模拟 王 慧1) ，朱 荣1) ，吕 明1) ，张兴利1，2) ，谷云岭1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 河北钢铁股份有限公司承德分公司，承德 067002  通信作者，E-mail: athenaco@ 163． com 摘 要 利用 Fluent 软件模拟旋流氧枪的气体射流和提钒转炉内部的钢液流速，研究常规氧枪以及旋流角分别为 5°、8°、10° 和 13°的旋流氧枪对熔池的搅拌效果和冲击特性． 研究发现旋流氧枪射流分布相对分散，流股之间干扰少． 增加熔池冲击面 积，熔池内部等速线所包围的面积变大． 10°旋流氧枪喷头喷吹时，等速线所包围面积最大，其面积约为熔池纵切面面积的 75% ，钢液的流动速度最大，有利于促进转炉提钒过程钒元素的扩散，从而提高提钒效率． 关键词 转炉; 钒; 旋流氧枪; 数值分析; 计算机模拟 分类号 TF341. 1 Numerical simulation of swirl-type lances in vanadium extraction process WANG Hui 1)  ，ZHU Ｒong1) ，L Ming1) ，ZHANG Xing-li 1，2) ，GU Yun-ling1) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Chengde Branch Company，Hebei Iron and Steel Company，Chengde 067002，China  Corresponding author，E-mail: athenaco@ 163． com ABSTＲACT The gas jet of swirl-type oxygen lances and the liquid steel velocity in vanadium extraction converters were simulated using Fluent software． The stirring effects and impact characteristics of conventional oxygen lances and various swirl-type oxygen lances ( swirl angles of 5°，8°，10° and 13°) on the molten pool were studied on the basis of simulated results． It is found that the gas jet of swirl-type oxygen lances has a relative dispersed distribution and the flows have a less disturbance． When the injecting area of swirl￾type oxygen lances increases，the area surrounded by isovelocity is larger in the molten pool． Injecting with the 10° swirl-type oxygen lance makes the area surrounded by isovelocity get the largest，about 75% of the longitudinal section of the molten pool，and the liquid steel velocity is the highest． This is helpful to promote vanadium dispersion in the vanadium extraction converter and improve the vana￾dium extraction efficiency． KEY WOＲDS converters; vanadium; swirl-type lances; numerical analysis; computer simulation 收稿日期: 2012--11--22 基金项目: “十二五”国家科技支撑计划资助项目( 2012BAC27B00) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 01． 014; http: / /journals． ustb． edu． cn 转炉提钒是钒和碳在提钒转炉内选择性氧化的 过程． 要实现提钒保碳的目的，必须降低熔池温度 以抑制碳氧反应的发生． 熔池搅拌依赖于顶吹超音 速氧气射流及底吹气体产生的物理搅拌作用［1］，而 转炉碳氧反应产生的化学搅拌作用较弱，导致提钒 反应动力学条件差，钒的氧化速率和程度均受到限 制． 因此，改善提钒熔池反应的动力学条件有利于 提高钒的氧化转化率［2］． 国内研究人员已通过优化 底吹喷嘴布置改善熔池的搅拌能力，促进提钒反应 的发生，提高钒的氧化率和钒渣质量［3--4］． 旋流氧枪除了产生轴向力和径向力外，还能形 成切 向 分 力，改善氧气射流对熔池的搅拌作用． Higuchi 和 Tago ［5］通过水模拟研究，发现合适的旋流 氧枪可减少炼钢过程喷溅的发生． 我国安钢和酒 钢［6--7］曾在炼钢转炉上使用旋流氧枪并取得了良好 的化渣和冶炼效果． 但是，对于旋流氧枪的几何结 构和射流特性对转炉提钒的影响未有研究． 本文利用 Fluent 软件模拟气液两相流的流场特 性，研究常规氧枪喷头以及旋流角分别为 5°、8°、10° 和 13°的旋流氧枪喷头在不同顶吹流量下的射流对