RH浸渍管 邹宗树0821

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1、RH真空精炼法浸渍管结构的设计优化许涛，邱子龙，罗志国，邵磊，邹宗树（多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室，东北大学冶金学院，辽宁沈阳110819）摘要：本文介绍了前人对RH浸渍管结构形式优化设计的研究。除了文献中报道的椭圆形截面浸渍管、多浸渍管结构、单嘴精炼炉外，本文还提出了弓形截面浸渍管和套筒式浸渍管两种新型的浸渍管结构形式的优化设计，并通过水模实验的方法比较了不同浸渍管结构在不同吹气量、浸入深度下的循环流量和均混时间。结果表明筒式浸渍管以及弓形截面浸渍管对RH循环流量提升作用最佳，在相同供气量或浸入深度的条件下，套筒式浸渍管的循环流量是圆形截面浸

2、渍管的2.14~3.35倍，弓形截面浸渍管的循环流量是圆形截面浸渍管的7.14~12.20倍；弓形截面浸渍管对RH均混时间的改善作用最佳，在相同吹气量或浸入深度条件下，弓形截面浸渍管是圆形截面浸渍管的0.4~0.8倍。关键词：RH精炼；浸渍管结构；循环流量；均混时间中图分类号:TF77717　文献标识码:A　文章编号:167421048(2009)0220126205RH真空精炼技术是德国Rheinstahl和Hutlenwerke两家公司于1957年联合开发的，并与1959年正式投入工业生产的一种循环真空脱气技术。在RH精炼过程，最重要的行为之一是气体

3、做功而产生的流体循环流动，它是其它各种复杂的物理化学反应的基础和先决条件，循环流量和均混时间是衡量这种循环流动的两个重要参数，要有效的提高RH精炼生产的生产效率，就必须增大循环流量和缩短均混时间[1,2]。对于确定容量的钢包，提高RH循环效能的途径有增大浸渍管内径、增大提升气流量和减小真空室内气体压力[3~7]等几种形式，但是受到现有双圆形截面浸渍管结构的制约，循环效能的进一步提高具有相当的难度。有鉴于此，在RH工艺发展过程中，除了圆形截面浸渍管，1988年Kuwabara等[8]提出横截面为椭圆形的浸渍管，20世纪70年代中国自行研制单嘴精炼炉[9]，

4、2000年东北大学李宝宽等[10]将RH精炼装置的单上升管-单下降管结构改为三上升管-单下降管的结构。为进一步提高RH的钢水循环流量，本文通过改变浸渍管形状结构，增大浸渍管面积，并通过水模实验来研究不同浸渍管RH的循环特性。1浸渍管的设计优化一般来说，在确定的真空度和提升气体流量下，RH的钢水循环流量随浸渍管横截面积的增大而增大。为了充分利用真空室底面积，首先设计了弓形截面浸渍管。此类浸渍管分为两种：一种是上升管与下降管对称设计，另一种是上升管与下降管的非对称设计。图1给出的是上升管与下降管非对称设计的弓形截面浸渍管的RH精炼装置的示意图。同样出于充分利

5、用真空室底面积，又设计了套筒式浸渍管。套筒式浸渍管主要是由上升管、下降管、隔墙、大梁组成。上升管和下降管的设定是可以变化的，可以将浸渍管中心圆管设置为上升管，也可以将浸渍管中心圆管设置成下降管。图2给出了套筒式浸渍管RH精炼装置的示意图。2实验原理通过水模实验对所设计的浸渍管的性能进行研究，并与现有的浸渍管进行比较。2.1几何相似根据实际RH精炼系统的相关尺寸，按照1:5.45的比例构建几何模型。几何模型与RH精炼系统以及钢包尺寸见表1，具体尺寸见图3。表1原型与模型主要参数表(mm)Table1Dimensionsandmainparametersof

6、ladleandRHprototypeandmodel装置钢包部分RH部分上口直径底部直径内高真空室直径浸渍管长度原型30772666360618001500模型564489661330275图1弓形截面浸渍管Fig.1Schematicsofarch-shapedsnorkel图2套筒式浸渍管Fig.2Schematicsofannular图3RH模型尺寸图Fig.3ModeldimensionofRH2.2动力学相似为使模型与原型动力学相似需保证修正佛鲁德准数Fr相等，根据RH精炼炉与模型之间的修正Fr准数相等，应用式(1)计算出构建模型时实际RH精

7、炼炉与模型的提升气体流量之间的关系(带′为模型参数)。(1)式中，V0表示气体流量，D表示浸渍管管径，ρl表示液体密度，ρg表示气体密度，P表示提升气体表态压力，T表示温度。3实验装置及方法3.1实验装置整个装置由有机玻璃模型、真空泵、空压机、压力表、气体分配器、高速摄像机、电导率测定以等组成。设备装置的示意图见图4。实验中采用了四种不同浸渍管结构，截面尺寸如图5所示。(a)圆形管(b)椭圆形管(c)多浸渍管结构(d)弓形截面浸渍管图4实验装备示意图Fig.4Experimentalapparatus图5不同浸渍管截面结构Fig.5Thecrosssec

8、tionstructureofdifferentsnorkels3.2实验方法3