气体搅拌反应器内固态物质的动态融化研究

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在经济与绿色的环境背景下,炼钢过程如转炉,电炉,精炼钢包中,废钢的用量有所增加,但关于废钢在以上容器内的运动规律与熔化关系的研究却较为缺乏。而对于合金块则有较多关于运动规律的研究,但主要集中在数值模拟的方式,难以对多种密度,大体积合金块的运动熔化过程得出较好的结果。所以金属物质在冶金气体搅拌反应器内运动与熔化规律同时结合(动态熔化)的过程难以通过高温实验与数值模拟全面反映。本文通过水模型实验,基于相变数的原理,使用冰样模拟废钢等固体物质,对冰样在不同流场结构下的运动与融化过程进行了研究,同时考虑了其混匀特点。在相关的变量作用方面,对不同密度的冰样,水的温度,吹气流量,吹气孔数量,高径比等因素做了对比考察,得出固态物质在气液两相流作用下的动态融化规律。研究结果如下:(1)其他条件相同时,在一定的冷冻时长范围内,冰样的融化时长差异较小。冰样在动态融化过程中形貌呈圆球或椭球形,平均直径呈线性减小。冰样的融化速率明显受水温度的影响,且不同冰样受温度的影响程度不同。(2)在吹气流量,吹气孔数量,高径比三种因素的组合下会形成不同特征的流场,使冰球与盐球有对应的运动规律。弧底容器内单孔底吹时,随着液面高度的升高,冰球的运动区域离羽流区越远,融化时间随之降低。盐球的运动状态会由沉底转变为随着环流上下浮沉,融化时间也会随运动状态的变化有相应的变化。双孔底吹时,冰球的融化时间随液面高度的升高而单调降低,但盐球的融化时间难以单调下降。(3)弧底容器与平底容器对不同冰样的融化速率促进程度不同,随液面高度的升高,平底容器比弧底容器更促进冰球融化。而盐球单孔底吹时在弧底内融化更快,双孔底吹时在不同容器内的融化时间重合度高,且无明显单调的上升或下降趋势。
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