D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1958.02.005 北京镧鐵工業學院學報 第6期1958年9月 三排風眼渦鼓形側吹搏爐的水力擊模型 陳良緒，嚴友梅、王弘毅、王惠 (煉纲教研組) 摘要 三排风眼禍鼓形侧吹轉墟水力學模型試驗，是在同时滿足模型中城气的福利德 规苑教與實驗摄子中相等和雷諾规苑数達到自動模型化範团的條件下進行的。 根据實驗結果說明渦放形侧吹韓城使用三排风眼在具有合適的位置、风眼个 数，直独、角度、和各排問的風量分配时，以同时達到减少喷溅损失、提高辆水 温度、提高城视壽命和减少治煉时間的目的。此外根据试验結果認禽渦鼓形侧吹韩 摊從减少喷溅损失着眼磨該將墟帽傾角反轉。 一、引唐 在今年四月下旬召开的全国鞋爐煉鋼試驗研究会議上，上海铜铁公司提出了关于侧吹樽 城使用多排风眼的报告。报告中說明側吹轉爐使用多排风眼可以延長爐襯寿命、提高温度、 加速熔煉过程。同时也提出了一些問題，例如：上錕三使用双排风眼以后貲骚損失州多；一 氧化碳的燃燒虽有进步，但是改善不多，因此爐温的提高究系何因尙不明确；此外，尙未了 解多排风眼的位置、角度、风眼个数、和次风眼述出风量的大小对耀内水力学过程的影响、 为了在已經进行的工作的基础上找到一个合理的三排风眼秸舞和上递問题的解答，因此在：水 力学模型上以不同的风眼佈☒、角度、和风量分配进行了研究。 弑驗是按上铜六厂渦鼓形轉爐模化进行的。 二、武驗設備 流量孔执 轉爐模型是用透明塑料制造的，模型的縮尺此例 为1：8，在模型熔池中放入水銀以模化鋼液，自囀爐 模型的风箱通入水进入墟膛以模化爐气的运动，模型 ☒☒ 风箱分为二个，下面风箱供主排与二排风眼进水，上 璃 面风箱供三排风眼进水。装置見图1。 箱 模型放在玻璃箱中以便观察和避免水哨到外面， 水流量的控制是用結門1，测量水的流觉是由孔板进 行的，由模型媚口質出的水通过結門2排走。为了观察 水的运动，分别自主排和三排风眼各师入一根辆管， 以通入室气泡：空气泡随水运动即可由气泡运动的軌 周1 弥看出水的流动图形。这种下面放有银水模化鋼液，上通水模化城气的模型製置，使我們 可以锦合地观察“嬗气”的运动与熔池中“夠液”运动中各现象之間的洲互关系，並使“墟
北 京 钢 娥 工 素 祭 院 季教 第 期 年 月 三排夙眼涡鼓形侧吹翰姐的水力卑模型 味 良 绪 ， 族 友 梅 、 王 弘 毅 、 王 惠 球姻教研组 摘 要 三 排 夙 眼 涡 鼓 形侧吹搏 墟 水 力 学模 型 认脸 ， 是在 同 日寺满 足 模 型 中波 气的 福利 德 规花数典 窗脸坡 子 中相 等和 雷带 规乾 数速 到 自勤模 型 化 花 团 的搽 件下追 行 的 。 根据 责脸结果锐 明 涡 鼓 形 侧吹搏 波使 用 三 排 夙 眼在具 有合通 的 位 置 、 夙 眼 个 数 ， 直 径 、 角度 、 和 各排 简 的 夙 量分 配峙 ， 可 以 同待 速 到 诚 少 喻 溅 损 失 、 提 高钠 水 沮 度 、 提 高玻舰毒命和诚 少 冶 咏峙 简 的 目 的 。 此外 根据拭脸结来韶 名涡 鼓 形侧吹搏 城 捉诚 少喷诚 损 失 着眼 雍铁将波 帽倾 角反 搏 。 一 、 引 言 在今年 四 月下旬 召 开的全国棘煊燎剔就撇研究会浅 上 ， 上海翎敛公司提出 了关于侧 吹 博 煊使用多排凤眼的报告 。 报告中靓 明侧 吹棘煊使 用多排凤眼可以 延畏旅嵌寿 命 、 提高温度 、 加速熔辣过程 。 同时也提出了一些 周题 ， 例如 上铜 三 厂 使 用双排风眼以后喷滋损 失 加 多 一 氧化碳的燃烯虽有进步 ， 但是改善不 多 ， 因此蝮温的提高究 系何 因街不 明确 此外 ， 尚未 了 解 多排风眼的位置 、 角 度 、 风眼个 数 、 和次凤 眼流出凤量的大小对煊内水 力学过程的影响 。 为 了在 已握进行的工作的基础 上找到一个合理的三排凤眼拮磷和 上述尚题的解答 ， 因此在水 力学模型上以不 同的 风眼怖置 、 角度 、 和 凤量分配进 行 了研究 。 藏段是按上剔六厂淌鼓形 膊燎模化进 行的 。 璃琅箱 二 、 献旅毅情 搏姐模型是用透明塑料制 造的 ， 模型的精尺此例 为 ， 在模型熔池 中放入水跟以模化铜液 ， 自搏燎 模型的凤箱通入水进人煊膛以模化煊气的运动 ， 模型 风箱分为二个 ， 下面 凤箱供主排与二排 凤眼进水 ， 上 面凤箱供三排凤眼进水 。 装置兑 图 。 模型放在坡璃箱 中以便晚察和避免 水吱 到 外面 ， 水流量的控制 是 用桔 阴 ， 测量水的 流量是 由孔 板进 行的 ， 由模型煊 口 晴出的水通趁拮 阴 排 走 。 为 了粗 察 水的坛动 ， 分别 自主排和三排凤眼各抓 入 一根铜 管 ， 以通 入 室气饱 空气饱 随水坛动即 可 由气抱运动的轨 入 ‘ 肇 ” 圆 肺看出水的 流动 图形 。 这种 下面 放有银水模化铜 液 ， 上面 通水模化慷气 的模型装置 ， 使我们 可以粽合地观察 “ 烙气 ” 的运动与熔池 中 “ 剔液 ” 运动 中各现 象之 阴的相 互关 系 ， 亚使 “ 嫂 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1958．02．005
-62- 侧院學報 气”的流动图形更进一步地与实际情况相似。 三、相似條件 熔池的运动相似要求修正过的气体福利德規范数相等，即 Fre=Fr, PeV p'.V' （(0.-p.)g=(p-.jg） 式中Pg,P,一分别为气体和熔池中液体的密度； V。一为气体速度； (一为特性象尺寸； g一一为重力加速度； 在式中凡右上角帶撒者均相应为模型中的变数。以下同此， 爐气的运动相似要求气体的雷諾規范数相等，即Re:=Re:或Re:数达到自动模型化 范圍。但是根据Fr:=Fr:計算通入模型中水的泷量为4.66M3/小时，而要使遗气运动相似 R数达到自动模型化范倒，即需要水流址大子TM3/小时，为了使同一水的流量既能滿足熔 池运动相似，又能游足城气的运动相似，我們朵用了破坏风眼几何相似的方法，使水的流培 增多以滿足城腔中墟气运动湘似的要求，而对熔池的运动祖似則是保持自风眼射出的水的动 量与在未破环风眼几何相似时自模型风眼中射出的水的动量相等。 因此按动量(v)不变，当风眼直徑变化后流量的变化如下： 原模型的风眼直徑为d1,水流量为Qi,改为d?与Q:,則原来的动量为 (mv)1=(Qi,p)×-, d；改为d站.Q:后(mv)=(Q:p)× Q! 4 因保持动量不变即 (mv)1=(mv)2所以Q2/d22=Q{°/di2, 即 Q=0}, 由此可見流量与风眼直徑成正比，能够这样作 是因为风眼面积与整个爐子的塔池面相此相差 的倍数很大，所以虽然风腿值徑扩大破坏了儿 .2 何相似，增m了流量，但在保持动量不变的情 况下，在熔泡面上动量的分佈能与未被环风眼 几何相似时的情况很相近，因之运动情况仍能 兰排 与未破坏风眼几何相似时所得的黏果相同。按 原型蚊风量为126M/分，計算出在破坏风眼几 何相似后d2=2.4d1水的流量由4.66m3/小时 增加到11.2M3/小时。 四、試骏結果 共进行了下列几种方类的武驗，风眼佈磴 及角度見表1，及图2。 周2
一 一 气” 的流动 图形更进一步地与实 际情况相似 。 三 、 相 似像件 熔池的坛动相似要求修正过的气体福利 德规 范数相等 ， 即 翎 院 擎 银 。 一 ， 斌兴流气，兴杀而 式 中 ‘ ， 气－ 分别 为气 体和熔池 中液体 的密 度 － 为气 体速度 － 为特性腺尺寸 － 为重力 加速度 在式 中凡右 上 角带撇者均 相 应 为模型中的变 数 。 以 一日司此 。 媲气 的运动相似要求气 体 的雷带规 范数相 等 ， 即 。 二或 二数达 到 自动 模型化 范圈 。 但是根据 ‘ 一 二针算 通 入模型 中水的流量为 “ ， 、 时 ， 而要使坡气坛动相似 二数达到 自动模型化 范困 ， 即需要水流量大于 小时 ， 为 了使 同一水的 流量既能满足熔 池坛动相似 ， 又能满足燎气 的坛动相似 ， 我们采用 了破坏 凤眼儿何相似的 方法 ， 使水的流量 增多以满足煊胺中健气运动相似的要求 ， 而对熔池 的廷动相似剧是保持 自凤眼射出的水的动 量与在未破坏 风眼 几何相似 时 自模型凤眼 中射出的水的动量相等 。 因此按动量 不变 ， 当凤眼道视变化后流量的变化如 下 原模型的风眼直视为 笠 ， 水流量为 毛 ， 改为 盛与 如 原来的动量为 ， ， ， 、 寻 ， 、 ， ， ， ， 一 ， 、 ， ， ， ， 、 、 少’ 一 、 议 ” “ ‘ 少 ‘ 万亘夔二 一 ’ 叹为 ，’ 砚 ’ 石 少’ 叼 ’ “ “ 少 、 一甲甲孕口 ， 一白 尹 一 因保持动量不变即 即 万 儿 所以 麦 佗 尽二 ， 夏 ， 夏 “ ， ‘ 二 二一 是 ， 百补 以 由此可觅流量与凤眼渣视成正比 。 能够这样作 是 因为凤眼面积与整个嫂子的熔池面相此相差 的倍数很大 ， 所以 虽然凤眼道役扩大破坏 了几 何相似 ， 增加 了流量 ， 但在保持动量不变的情 况 下 ， 在熔池面上动量的 分怖能与未破坏风眼 几何相似 时的情 况很相近 ， 因之坛动情 况仍能 与未破坏风 眼 几何 相似 时所得的桔 果相 同 。 按 原型鼓风量为招 ” 分 ， 补算 出在破坏凤眼 几 何 相似后 鑫 主水的 流 量 由 ， 、 小时 增加到 二 、 ， 小 时 。 四 、 献孩桔果 共进行 了下列几种 方类的拭殷 ， 凤眼怖置 及角度兑表 ， 及 图 。 、 毛到 ‘ 圈
第六期 一63- 表1 方案 主排风眼角度， 个数与值徑 排 三 排 备 融 1 7°7×φ8 2° 3×中5 300 3×9 1. 每种均进行了以 2 ,切 他 Oc 3×中9 城帽武验 心 7° 7×中12 2 3×7 15° 3×φ12 2. 方案1、2、风眼扩 家 大1.6倍 N 15° 6×中8 5 分 72° 6×φ8 I.第一种方案： 1)面吹时的情况。 ①当只有主二排进水时，所样的“嬪气”流动图見图3， ©当只有三排进水时，所得的“城气”流动图見图4。 個3 园4 由图4可見在单独三排进水时，在水进人墟内以后即成为一扩張的流股，其射出的方向 並不沿风阻的軸襯，而是被压低了的，流动的旋轉中心比只有主、二排进水的旋糟中心向爐 腔中周和上方移动了。在二、三排之間靠近后牆处有一水流的不运动区。· ④在主、二、三排同时进水时，“搬气”的流动图見图5，主、二、三排进水的动量之 1:0,063:1.64;由图5可見当加入三排风眼以后与只有主、二排的图3相比： ,A:三排加入后，对后牆爐櫬有好处，这是因为被气的旋轉中心向前移动，使墟气不冲 击后精，在靠近主风眼处消除了墟气冲刷。此外由爐气帶出的镧渣、不冲向后牆而旋至中 心o B.由观察鼓入的三排风流量低时对；濺並无明显影响，但当三排流量不断加大后、·铜 液逐渐推向前牆，並在前牆处塔池授动加剧，喷機加多。“· B.三排风也冲至铜液面，因之此部份空气同样与金厨作用，即起了增加与金硒皮应的 风量的作用。因此熔池的反应会加速，熔煉时間得以箱短。·· 2)深吹时的情况
攀 六 期 一 吕 一 主排风眼 角度 ， ‘ 二 排 个数与直径 只 中 中 中 尹 ， 中 中 公。 只 小 。 吕 巾 、 ， ，’ 中 ， ，’ 妥 只 中 、 第一种 方案 面 吹时的情 况 。 ① 当 只有主二排进水时 ， 所得的 “ 媲气 ” 流动 图兑 图 吕 。 当 只 有 三排进水时 ， 所得的 “ 旅气 ” 流动 图兑 图 。 、 、 、 、 奋户今 今、 ‘ 七络七 圆 圆 少知可兑在 单独三排进水时 ， 业不沿风 咀的翰 在水进人熔内以后即 成 为一 扩 张的流睬 其射出的 枷 徐 ， 而是被压低 了的 。 流动的旋林中心此 只有主 、 二排进水的旋礴中心 向蟀 睦中简和上方移动 了 。 在二 、 三排之周 靠近后胳处有一水流的不遥劝 区 。 ‘ · ①在主 、 二 、 三排 同时进水时 ， “ 熔气 ” 的流动图尧 图 ’ ， 全 、 二 、 三排进水 的动量乏 伏 由图 可兑 当加 入 三排凤眼以后与只 有主 、 二排的 图 相 此 ’ ‘ · 飞 三排加 入后 ， 对后籍煊靓有好处 ， 这是 因为坡气 的旋林中心 向前移动 ， 使燎气不冲 击 后特 ， 在靠近主凤眼处消除 了缝气 冲刷奋 此外 由 坡气带 出的痢 渣 、 不冲向后播而旋至中 心 。 一 、 一 气 由瑰察鼓 入 的三排凤流量低时对喷雄亚无 明显 影响 ， 几 但 当兰排流量不断加大后 、 一 细 液逐渐推 向前籍 ， 亚在前籍处熔池掩动 加剧 ， 喳淤加 多 。 · · 一 卜 ， 三排风也冲至翱液 面 ， 因之此部份空气同样与金属作用 ， 即起 了增 加与金肠反应的 凤量的作 用 。 因此熔池的反应会加速 ，一 熔惊时周得以精短 。 · 一 汽 肖 一 深吹 时的情 况
-64- 朗院學根 图5 周6 ①当只有主、二排进风时，所得流动图如图6，可見爐气在墟丙只有微弱的旋轉作用， 噴涨量极微。 ②当加入三排风后，所得的流动图如图7。可見由于加人了三排风，檀气发生了旋䪙作 用，將由熔池跳出的鋼渣播到靠近前牆处，並被常近前牆运动速度較高的罐气帶出爐口，因 此使喷潑物此沒有三排风时加多，但喷潑仍比面吹时为少。 3)去除二排风时均使同风量下的噴腰加多，因此可知在风量不变的情况下加入二排风 后有压制喷凝的作用。 由以上的武验可見： 1)面吹时的喷腰是比沉吹时要高的多，这与现矯的操作經驗是相符合的，在加入三排 风以后由于爐气旋轉作用加强，所以喷濺量加多。关于这一 点上鋼三厂使用双排风眼的报告中所作的說明即与此情况相 符合。 根据以上武驗的結果和观察到的情况我們可以初步提出 側欧鹅嬗的喷澱机構如下： 当气体流股向熔池冲击时，使表面一部份鋼、渣被抛出 熔池。喷向前牆处，由于嬗气的旋樽作用，将这些由风眼喷 出气流击出熔池的鋼、渣顎粒，沿前篇甩出罐口外，此外当 墟内发生炭氧化反应时，由于一氧化碳生成时的爆炸反应， 將鋼、渣液体類粒由熔池内抛出，加以姐气的帶动，將鋼、 渣抛出爐口外，这样即形成側吹轉爐的机械噴濺，並使此喷 混量比底吹轉罐的要高，由此可見，要消除側吹轉爐的啃濺， 从水力学上着眼，可以从下逃的三方面着手： 图7 ①减少由熔池跳出的鋼、渣顆粒。 ②减而罐气的旋轉作用，和上昇速度。 ②將瀘口与独气的旋囀方向錯开，避绳鋼、渣甩出，而將其擋回城内。 2)在加入三排风后，熔池靠前卷处，獬、渣有猛烈的冲击，这与上鋼中心武酸室所作
一 能 一 翎 院 擎 银 曦旅膝但 圈 圆 ① 当只有主 、 二排进风时 ， 所得流动 图如留 ， 可见煊气 在姐 内 只有微弱 的旋搏作用 ， 喷雄量极微 。 ② 当加 入三排风后 ， 所得的流动 图如 图 。 可晃 由于加人 了三排凤 ， 坡气发生 了旋搏作 用 ， 将 由熔池跳出的翻渣带到靠近前胳处 ， 业被靠近前胳坛动速度较高 的嫂气带出嫂 口 ， 因 此使喷狱物比没有三排风时加 多 ， 但啃雄仍比面吹 时为少 。 去除二排 凤时均 使同凤量下的喳雄加 多 ， 因此可知在风量不变 的情 况下加 入二排凤 后有压制喳雄的作用 。 由以上的献盈可晃 面吹 时的喷滩量比沉吹 时要高 的 多 ， 这与现寝的操作握段是相将合的 ， 在加入三排 风以后 由于位气旋搏作用加 强 ， 所以哨做量加 多 。 关 于这一 点上绷三厂使用双排凤眼的报告中所作 的 魏明即与此情况相 符合 。 根据以 上献段的桔果和观察到 的情 况我们可以初步提出 侧吹搏妞的喷滋机裤如 下 当气 体流股 向熔池 冲击时 ， 使表面一部份剔 、 渣被抛出 熔池 。 喷 向前墙处 ， 由于值气 的旋祷作用 ， 书这些 由风眼噎 出气流击出熔池的铜 、 渣顺粒 ， 沿 前 堵甩出嫂 口 外 ， 此外 当 煊内发生炭氧化 反应时 ， 由于一氧化破生 成 时的爆炸反应 ， 牌翎 、 渣液 体颖粒 由熔池内抛出 ， 加以煊气 的带动 ， 牌绷 、 渣抛出嫂 口 外 ， 这样即形成侧吹搏健的机械喷滋 ， 兹使此啃 雄量比底吹搏嫂的耍高 ， 由此可见 ， 要消除侧吹搏谊的喷戮 ， 从水力 学上着眼 ， 可以从下述的三方面着手 ①诚少 由熔池跳出的翎 、 渣获粒 。 ⑧城释雄气的旋蒋作用 ， 和上异速度 。 圈 ⑧牌谊口 与嫂气的旋搏方向错开 ， 避免绷 、 在加 人三排凤后 ， 熔池靠前胳处 ， 绷 、 渣甩 出 ， 而牌其捕回健内 。 渣有猛烈的冲击 ， 这与上翎中心藏墩室所作
第六期 一65一 的20公斤制吹小轉爐多排风管武驗所得秸果，即当二排爐的上排风量加大时，靠近熔池处前牆 的度敛敏严重的事实是相符合的。针对以上情况，进行了反城帽弑驗及第二种方案的武驗。 I,反墟帽时沿前精运动的姐气，由于惰性在爐帽处道冲向嬗帽后骺。覓图8。在 爐气中的喷凝物絕大部分返回雄内，因之可以大大的减少贊澱損失， 圆8 图9 亚，第二种方案： 1)面吹： ①为了减弱城气的旋轉作用，和压制鋼、渣自熔池中喷出，所以將三排风眼的角度减为0°， 在只有三排风时，瀘气的旋轉方向与只有主，二排时的相反，同时並將熔池液体推向主排风 眼方向运动，其流劲图息图9。 ②在主、二、三排同时进风时的流动图見图10主、二，三排进水的动量之比为1：0.065： 1.37。由于三排与主排气流所造成的墟气旋轉方向闲反，因之，使爐气旋轉减弱，並得以压 制熔池鋼、渣跳出。在此情况下，完全滑除了噴藏，但是，三排风很少参加熔池反应，並且 在爐帽与爐身后牆接缝处，爐气有强烈的冲刷。 2)沉吹时的流动图見图11。主、二、三排进水的动量之比为1：0.061：1.12，m入 捌10 ☒11
第 女 期 一 一 的幼公厅侧吹小搏嫂多排风管献墩所得桔果 ， 即 当二排俊的 上排凤量加大时 ， 靠近熔池处前胳 的侵触较严重的事实是相符合的 。 斜对以 上情 况 ， 进行 了反墟帽鼠盘及 第二种 方案的拭殷 。 反姐帽时沿前籍坛动的煊气 ， 由于惰性在健帽处遭 冲向值帽后籍 ， 尾 图 。 在 健气 中的喷戮物艳 大部分返 回健内 ， 因 之可以 大大的喊少喳淤揖 失 。 圆 圆 皿 ， 第二种 方案 面吹 ’ ①为 了诚弱值气 的旋搏作 用 ， 和压制 铜 、 渣 自熔池 中吱出 ， 所以将三排凤眼的角度减为。 “ ， 在只有三排凤时 ， 墟气的旋搏方向与 只有主 ， 二排时的相 反 ， 同时韭牌熔池液体推 向主排凤 眼方向坛动 ， 其流动图尾 图 。 ⑦在主 、 二 、 三排同 时进凤时的流动图兑 图 。 主 、 二 、 三排进水的动量之 此为土 出 。 由于三排与主排气流所造成 的煊气旋棘方 向 旧反 ， 因之 ， 使煌气旋斡诚弱 ， 兹得以压 制熔池荆 、 渣跳出 。 在此情 况下 ， 完全消除 了喷溅 ， 但是 ， 三排风很少参加熔池 反应 ， 盆且 在坡帽与嫂身后胳接健处 ， 傻气有 强烈的冲刷 。 沉吹时的流动 图觅图 。 主 、 二 、 三排进水的动量之比 为 ， 犯 ， 加 入 固 图 工