摇包又称摇炉,是冶金行业用来处理金属液的设备。在铁合金的生产中,将炉渣与液态铁合金放入摇包内进行摇动,可改善其动力学条件,使渣铁混合,增大反应界面,加速扩散过程,缩短反应时间。摇包法生产中、低碳锰(铬)铁,不仅经济效益明显,而且产品质量好,锰(铬)的回收率也高。但是由于摇包体积大、不透明、内部液体运动复杂等原因,对摇包的使用只能依靠反复试验和生产经验的总结,难以形成系统的认识。而在小型摇包机上放置透明摇包模型,则既可以模拟实际生产中两相液体的相互作用,又可以清楚地观察并记录液体的运动规律。本文以摇包内两相液体界面的运动为研究对象,着重研究了以下几个方面的内容。首先,对摇包内液体运动的影响因素进行了分析。影响摇包内液体运动的主要因素有:偏心距、转速、液面高度、上下液体比和摇包直径等。利用正交试验设计法,分析了各影响因素间的主次关系。结果表明,转速是影响包内液体运动的最主要因素,其次是偏心距,而上下液体比和液面高度是次要因素。通过交互试验验证,在出现海浪波的转速附近,其中偏心距和液面高度、转速和液面高度的交互作用显著,偏心距和转速之间也有明显的交互作用。其次,设计了单因素系列试验。在每个系列试验中,只改变一个因素,以分析这一因素对包内液体运动的影响规律。结果表明,摇包有一个最佳转速,小于或大于最佳转速,摇包内液体运动都不理想;当偏心距增加时,液体界面可以达到的最大振幅也会增加;在试验范围内,界面振幅的变化与液面高度成正比;当转速较小,界面振幅随着摇包直径的增大而增加,转速较大时,界面振幅随摇包直径的增大而减小。同时,界面的海浪波状态的临界转速与偏心距、液面高度成线性正比关系;与摇包直径成线性反比关系。通过大量试验,总结出在转速逐渐增加的过程中,两相液体界面共经历了七个状态:静止——平摆——第一荷叶状——海浪波——倒三角——第二荷叶状——旋转抛物面。其中,海浪波状态及倒三角状态是摇包实现充分搅拌以加速传质的最佳界面运动状态。通过计算得出了平摆状态的振幅及并对海浪波状态进行了受力分析。在两相界面处放入示踪质点,跟踪观察了界面的平面运动规律,分析表明:质点在绕摇包的中心做大的圆周运动的同时,也会以一个个小的旋涡中心做小圆周运动,小的圆周组合起来组成大的圆周。质点小圆周运动的周期即为摇包运动一周的周期。