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气泡在冶金熔体中的上浮及破裂行为研究

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摘要

1.1 电弧炉炼钢

1.1.1 我国废钢铁的应用现状

1.1.2 电弧炉冶炼工艺

1.2 电弧炉粉尘

1.2.1 电弧炉烟气的特性及危害

1.2.2 电弧炉粉尘的形成机理

1.3 气泡在液体中运动行为的模拟研究

1.3.1 气泡在液体中的数值模拟

1.3.2 气泡在液体中的物理模拟

1.4 本研究的目的及主要内容

第2章 气泡在铁液中上浮行为的数值模拟

2.1 数学模型的建立

2.1.1 基本假设

2.1.2 控制方程

2.1.3 边界条件及计算方法

2.2 模拟结果及分析

2.2.1 温度和气泡直径对单个气泡在铁液中上升行为的影响

2.2.2 吹气量对单个气泡在铁液中上升行为的影响

2.2.3 并排双气泡在铁液中上升的数值模拟

2.3 本章小结

第3章 气泡在铁液表面的破裂行为

3.1 实验装置

3.2 实验过程

3.3 结果与讨论

3.3.1 吹入微小气量时铁液表面的变化

3.3.2 底孔吹气量为30ml/min时铁液表面的行为

3.3.3 底孔吹气量为50ml/min时铁液表面的行为

3.4 本章小结

第4章 气泡在铁液表面行为的物理模拟

4.1 实验

4.1.1 实验装置

4.1.2 实验过程

4.1.3 实验计划

4.2 实验结果及分析

4.2.1 收集板距铁液面高度对飞溅液滴产生量的影响

4.2.2 吹气量对飞溅液滴产生量的影响

4.2.3 气孔直径对飞溅液滴产生量的影响

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

在电弧炉炼钢过程中,每吨钢产生约20公斤的粉尘。粉尘的简单堆放会造成严重的环境污染,因此,从源头上减少粉尘的产生具有重要意义,不仅能够减少处理粉尘的成本,还能减少其对环境的污染。电弧炉炼钢的脱碳反应过程产生大量CO气体,气泡在熔池表面破裂使熔体进入到烟气中是粉尘产生的主要方式。本文通过数值模拟和物理模拟相结合的方法研究了气泡在铁液中的行为,通过数学模拟研究了单个气泡和并排双气泡在铁液中的上浮行为;采用HX-7高速摄像机捕捉单个气泡在铁液表面破裂产生飞溅液滴的行为;通过物理模拟的方法研究了工艺因素对粉尘产生量的影响。研究结果表明:
  (1)在数值模拟中,单个气泡的半径越大,平均上升速度也越大,温度对体系的影响不大。单个气泡的吹气量越大,平均上升速度也越大,温度对体系的影响也不大。
  (2)模拟并排双气泡在铁液中上升时,存在一个临界融合间距,两气泡初始间距小于临界间距时,气泡会发生融合,当两气泡初始间距大于临界间距时,两气泡不会融合。
  (3)高速摄像机能够捕捉到几种典型的飞溅液滴:单个飞溅液滴、多个微液滴聚集、也有一些液滴在上升过程中会分裂为多个小颗粒液滴,以及液滴在上升过程中回落至铁液中。
  (4)底吹气量越大,底吹孔直径越大,收集板的高度越低,收集的粉尘量越多。
  (5)石英玻璃收集板上收集到的粉尘颗粒粒径分布不均匀,直径较大的颗粒数量较少,直径较小的颗粒数量较多。

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