液态钢渣气淬粒化试验研究

液态钢渣气淬粒化试验研究

类似原则不是直接研究现象和过程本身，而是研究与实物相似的模型的方法。具体来说，它是使用等式分析或素描分析方法提取相似的数量，并通过模型中的实验计算相似数量之间的关系，然后将该关系推广到实物，以阐明这些现象和过程的规律。本文用石蜡冷态模拟气淬粒化过程中的液态钢渣,建立粒化过程中石蜡与液态钢渣之间的关系,使实验室试验能够对工业试验或生产有一定的指导作用·1钢渣和蜡的物理现象区别液态钢渣具有液体的特性,是多种成分的混合物,一般出炉温度约1500℃·在粒化过程中有液态向固态的转变和在冲击力的作用下粒化分散的过程·目前能用于模拟试验的物品有石蜡、甘油、铝等·甘油的熔点太低,在室温条件下已经是液态,而铝的熔化温度相对较高·石蜡的熔化温度较低,在实验室的温度下比较容易实现从固态到液态再到固态的过程·彼此相似的现象必定具有相同的微分方程组·任何一种物理现象的定量描述从数学的观点来看都是一个定解问题·两个物理现象相似,其实质就是从描述一个现象的定解问题出发作相似变换后,能够给出另一现象的定解问题·从物理现象上看,气淬粒化石蜡与气淬粒化液态钢渣属于同类现象,都是在高压高速的气流中由于受力的不同而分散粒化,在粒化过程中与气体进行换热而凝固·粒化换热的过程中两个现象的物性参数具有相似的变化规律·区分这两种物质流动要用单值条件·这两种现象的单值条件主要有以下几种:几何条件——漏斗下端与气流之间的距离l;物理条件——流体的密度ρ,黏度μ,表面张力σ;边界条件——气流的流速v,气流的压强p,外界的温度T,气流的流量Q·从以上的条件可见,用石蜡模拟液态钢渣进行实验室试验是可行的·2流体速度、qg、pg、l13555在气淬粒化试验中,流体在高速气流的冲击下开始分散并粒化·影响粒化效果的主要因素是气流强度和流体本身的性质·其中影响粒化的气流参数主要有压强、速度和流量;影响粒化的流体参数主要有密度、黏度和表面张力,以及漏斗下端与气嘴水平面的距离·量纲分析原理中相似准数的量纲为零,由此可以得到以下几个准数·π1=pgρlμ-2lσ2l,(1)π2=vgμ-1lσl,(2)π3=lρ-1lμ2lσ-1l,(3)π4=Qgρ-2lμ3lσ-1l[JX*4]⋅[JX-*4](4)π1=pgρlμ−2lσ2l,(1)π2=vgμ−1lσl,(2)π3=lρ−1lμ2lσ−1l,(3)π4=Qgρ−2lμ3lσ−1l[JX*4]⋅[JX−*4](4)式中:ρl,μl,σl分别为流体的密度、黏度和表面张力;pg,vg,Qg分别为气流的压强、冲击速度和流量;l为漏斗下端与气嘴水平面的距离·假设pg,σl,μl,l,ρl,vg,Qg为粒化石蜡时的参数,p′g,σ′l,μ′l,l′,ρ′l,v′g,Q′g为粒化液态钢渣时的参数;则有ρ′l=Cρρl,σ′l=Cσσl,μ′l=Cμμl,p′g=Cppg,l′=Cll,v′g=Cvvg,Q′g=CQQg[JX*4]⋅[JX-*4]ρ′l=Cρρl,σ′l=Cσσl,μ′l=Cμμl,p′g=Cppg,l′=Cll,v′g=Cvvg,Q′g=CQQg[JX*4]⋅[JX−*4]根据相似现象的相似准数相等,可由式(1)得pgρlμ-2lσ2l=p′gρ′lμ′-2lσ′2lpgρlμ−2lσ2l=p′gρ′lμ′−2lσ′2l,将上面的关系式代入,得pgρlμ-2lσ2l=CρCρC-2μC2σ×pgρlμ-2lσ2l,即CρCρC-2σC2σ=1[JX*4]⋅[JX-*4](5)同理,由式(2)～式(4)可得CvC-1μCσ=1,(6)ClC-1ρC2μC-1σ=1,(7)CQC-■ρCμC■σ=1[JX*4]⋅[JX-*4](8)通过相似原理推导出几个准数,建立起石蜡试验和液态钢渣试验的关系·根据石蜡粒化过程中的现象和参数选择来确定液态钢渣粒化过程中的现象和参数选择·这样可以避免直接应用液态钢渣进行高温试验,降低了试验成本和粒化设备的复杂程度,同时也达到了解决实际问题的效果·3实验室测试3.1气体喷嘴装置试验过程是将熔化的石蜡置于密闭的空间内,在一定温度下将熔融的石蜡通过漏斗倒下·在漏斗的下方水平方向上设有气体喷嘴装置,当熔融的石蜡通过漏斗落下,流经高压高速气流时被粒化·3.2试验结果1控制气流速度由表1可以看出,随着孔径的变大,粒化效果明显下降·这是因为在流量和压力一定的条件下,孔径越大气流速度越小,气流对液态钢渣的冲击力越小,因此粒化效果越差·在选择气淬处理时,可以通过控制气嘴的孔径调节气流的速度·2表2显示了不同气体流量对颗粒形成效果的影响由表2可知,随着气体流量的增加,气体对液体的冲击力增大,液体分散的范围增大,弥散的颗粒增加,增强了粒化效果·4石蜡的粒化过程参数从石蜡粒化试验的现象和结果证明,石蜡在一定实验室条件下可以实现粒化,石蜡的粒度分布比较均匀,都在3mm以下·液态钢渣和石蜡的粒化过程是相似的,液态钢渣在一定的条件下也可以实现预期的粒化效果·由式(5)得Cp=CρC2σC2μ,即p′g=pgCρC2σC2μ,粒化石蜡的最佳气体压强为pg=0.1MPa,所以p′g=0.56MPa·由式(6)得Cv=CσCμ,即v′g=vgCσCμ,粒化石蜡的最佳气体流速为vg=80m/s,所以v′g=93.33m/s·由式(7)得Cl=C2μCρCσ,即l′=lC2μCρCσ,粒化石蜡时距离l=3cm,所以l′=18.7cm·由式(8)得,即粒化石蜡时的气体流量为Q=16m3/h,所以Q′=338m3/h·在粒化过程中,对粒化效果影响最明显的是气体的压力、速度和流量·从上面的推导中可以得到在粒化液态钢渣的实验中气体的压强p′g、气体的速度v′g和气体的流量Q′·在粒化石蜡过程中,石蜡的粒度随气流压力、速度和流量的增大而减小·调节气流的流量、压力和速度(即更换气嘴型式)完全可以实现石蜡的粒化,并且粒化效果很理想,达到了预期的实验目标·通过上面相应的准数计算可以得到粒化液态钢渣过程中气流的压力、速度、流量和液态钢渣的落下距离,为确定液态钢渣粒化过程参数提供相应的理论依据·5气淬粒化共享液气钢渣颗粒化试验石蜡和液态钢渣的粒化现象相似,用相似原理建立起两者之间的关系·通过计算可以得出以下液态钢渣粒化过程的主要参数:气体压强