冶金過(guò)程中轉(zhuǎn)爐頂吹噴槍射流具有氧氣供給和鐵水?dāng)嚢鑴?dòng)力源的作用。與頂吹噴槍射流有關(guān)的主要轉(zhuǎn)爐現(xiàn)象有，與鐵水的物理相互作用形成的氣流沖擊區(qū)、攪拌、噴濺和粉塵的發(fā)生、脫碳產(chǎn)生的CO氣體與氧反應(yīng)產(chǎn)生的二次燃燒等。以往在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐操作的最優(yōu)化中，為抑制上述現(xiàn)象，改善頂吹噴槍的形狀和操作，下面就由賢集網(wǎng)小編我來(lái)給大家簡(jiǎn)單的講解一下！

20世紀(jì)80年代以后，由于頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐的引入，頂吹噴槍射流作為攪拌動(dòng)力源的作用減少，大幅度提高了其設(shè)計(jì)和操作的自由度。90年代后半期以后，新日鐵擴(kuò)大應(yīng)用以MURC（Multi-RefiningConverter）為代表的轉(zhuǎn)爐型鐵水預(yù)處理法。例如，在MURC工藝中，用一種噴槍兼顧脫磷吹煉和脫碳吹煉。此外，為了解決隨著中間排渣和固態(tài)渣等工序的增加而降低生產(chǎn)率的問(wèn)題，需要進(jìn)一步優(yōu)化頂吹噴槍射流。另一方面，在鋼鐵領(lǐng)域也普及了計(jì)算流體力學(xué)（CFD：Computational Fluid Dynamics）技術(shù)，可以模擬原來(lái)不易模擬的壓縮性流體、多相現(xiàn)象及反應(yīng)等復(fù)雜現(xiàn)象。本文介紹了新日鐵為研究頂吹射流現(xiàn)象，對(duì)單孔和多孔噴嘴進(jìn)行的冷態(tài)試驗(yàn)和CFD模型解析。

轉(zhuǎn)爐頂吹噴槍一般采用可將壓力能轉(zhuǎn)換成高效率動(dòng)能的拉瓦爾噴嘴。由拉瓦爾噴嘴的尺寸決定適當(dāng)?shù)鸟R赫數(shù)，適當(dāng)?shù)膲毫土髁?，通常在其適當(dāng)條件下操作。另一方面，由于沖擊波和膨脹波的發(fā)生，能量的損失變大，將此稱(chēng)為不適當(dāng)膨脹。以下將介紹包括不適當(dāng)膨脹時(shí)的單孔噴嘴的射流行為。

試驗(yàn)及解析方法，在冷態(tài)下，使用同一喉口徑、五種不同出口徑的單孔噴嘴，變更噴嘴入口壓（流量），用皮托管檢測(cè)了射流的流速分布。此外，對(duì)射流擴(kuò)散的評(píng)價(jià)，測(cè)量?jī)x器的測(cè)量下限值是5.7m/s，所以采用了該下限值以上的流速范圍。使用CFD商用軟件的二維軸對(duì)稱(chēng)模型，入口及出口的邊界條件使用質(zhì)量流入條件、壓力流出條件。氣相側(cè)使用空氣的物性值，考慮了壓縮性。

比較了直線噴嘴和拉瓦爾噴嘴在入口操作壓P0時(shí)的射流中心軸向流速（馬赫數(shù)）的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在兩種噴嘴中，均發(fā)現(xiàn)了隨著操作壓的增加流速也增加，但在適當(dāng)壓力下當(dāng)流速達(dá)到峰值后存在一個(gè)流速基本不變的區(qū)域，其后流速再次增加。認(rèn)為在操作壓增加、但流速不增加的區(qū)域，不適當(dāng)膨脹導(dǎo)致的能量損失與壓力能的增加相抵消。

因此，將噴嘴入口的操作壓與適當(dāng)壓之比P0/P0P定義為不適當(dāng)度，整理各噴嘴的中心軸向流速。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，射流中心軸向流速與距噴嘴的距離成反比衰減。所以，將流速與音速相等（馬赫數(shù)=1）的位置設(shè)為射流中心長(zhǎng)度Hc，任意中心軸位置的流速（馬赫數(shù)M）用公式（1）表示。因此，縱坐標(biāo)取射流中心長(zhǎng)度與適當(dāng)膨脹時(shí)的射流中心長(zhǎng)之比Hc/Hcp，代表中心軸向流速。

流速與距噴嘴出口的距離基本成反比衰減，計(jì)算值和測(cè)量值的傾向大體一致。但是，流量增加時(shí)的流速增加的程度有差異。在此，適當(dāng)膨脹時(shí)的適當(dāng)流量使用52Nm3/h的噴嘴，流量在50Nm3/h時(shí)基本適當(dāng)膨脹，在25.0Nm3/h和37.5Nm3/h時(shí)為過(guò)度膨脹。但與測(cè)量值相比，計(jì)算值在適當(dāng)膨脹時(shí)低，在過(guò)度膨脹時(shí)則過(guò)高。即在CFD解析中目前還無(wú)法重現(xiàn)不適當(dāng)膨脹時(shí)的行為。

如上所述，轉(zhuǎn)爐頂吹噴槍使射流分散，抑制噴濺和粉塵的發(fā)生，一般采用可以用高速供氧的多孔噴嘴。但是，如果多孔噴嘴的射流發(fā)生相互交匯，就不能獲得上述的軟吹效果。以下將介紹對(duì)多孔噴嘴的射流行為進(jìn)行的試驗(yàn)及CFD解析。

試驗(yàn)方法與上述相同。表1是多孔噴嘴的規(guī)格。各噴嘴喉口部的總斷面面積，喉口徑與出口徑之比相等。如圖2所示對(duì)多孔噴頭噴流進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用商業(yè)軟件的三維模型，對(duì)孔數(shù)為n孔的噴嘴，在噴嘴圓周方向分割為1/2n的區(qū)域制作網(wǎng)格，將分割面作為對(duì)稱(chēng)邊界條件進(jìn)行解析。

單孔噴嘴射流在不適當(dāng)膨脹時(shí)的中心軸向流速可根據(jù)不適當(dāng)度大致可以一元化整理，可以預(yù)測(cè)不適當(dāng)膨脹時(shí)的流速。積極利用不適當(dāng)膨脹，可以實(shí)現(xiàn)射流軟吹。

多孔噴嘴射流流速分布的CFD計(jì)算值也可模擬上述行為，其結(jié)果與測(cè)量值基本一致，確立了適當(dāng)?shù)腃FD解析模型。