重力势能驱动旋流反应器的冶金特性研究

利用金属的重力势能作为搅拌动力，研制重力势能驱动旋流反应器改进金属的精炼工艺。为有效利用金属熔体的重力势能，本项目利用离心泵理论和设计方法，在旋流反应器的漏斗形流面上设立导流叶片，优化研究影响旋流强度的漏斗角、导流角和叶片形线等参数，以产生稳定高强度的旋流进入混合管。研究在旋流反应器漏斗、混合管和溢流槽等单元内旋流生成、发展和衰减规律，掌握旋流反应器的合金元素混合与夹杂物分离能力。掌握旋流反应器喷入固相粒子和吹入气体情况下的多相流体传输行为。研究冶金粉剂在重力势能驱动旋流反应器内的扩散规律和金属溶体的温度分布及温降规律。掌握多级串联式重力势能驱动旋流反应器系统的冶金特性及适用条件。研究重力势能驱动旋流搅拌与喷气搅拌组合应用时其工艺特性的叠加效果。实现在节省资源和能源的前提下提高金属精炼效率和产品质量。本项目的实施对于保护地球环境，实现金属生产的可持续发展具有重要意义。

利用金属的重力势能作为搅拌动力，研制重力势能驱动旋流反应器改进金属的精炼工艺。为有效利用金属熔体的重力势能，本项目利用离心泵理论和设计方法，在旋流反应器的漏斗形流面上设立导流叶片，优化研究了影响旋流强度的漏斗角、导流角和叶片形线等参数，以产生稳定高强度的旋流进入混合管。研究了在旋流反应器漏斗、混合管和溢流槽等单元内旋流生成、发展和衰减规律，掌握了旋流反应器的合金元素混合与夹杂物分离能力。对于反应器内流场和旋流效果结果分析可得：在已分析的三种叶片形式中，前弯型最佳，直线型次之，后弯型最差。曲率半径为350mm的叶片反应器具有较好的旋流效果，在漏斗和混合管中均形成了较强的旋流。对于反应器内多相流体传输行为结果分析可得：三种反应器都不同程度的存在夹杂气体的现象，随着曲率半径的增大，混合管内的含气率有较大幅度的提高，分布呈现越来越不均匀。其中曲率半径为150mm的叶片反应器有较大的气泡出现。当吹气位置离中心的距离增大时，气泡在反应器内运动的路程呈线性的增加，运动路程最大增加是无旋流时运动路程的1.54倍。对于反应器内温度分布结果分析可得：由于旋流的作用，反应器内的温度基本均匀。当曲率半径越小时，漏斗中心处温度梯度越大。当曲率半径越大时，反应器内溢流槽中的温度场分布越均匀。针对重力势能驱动旋流反应器在高炉炼铁中的应用研究，可得碗型反应器的旋流效果最好，能够产生高强度稳定的旋流，提供铁水与脱硫试剂混合所需要的强度。粒子在进入反应器后沿着侧壁流动，粒子会在大约旋转一周时，沿螺旋线轨迹旋转向下流动，当粒子正好旋转到底部出口时，则会从出口水口流出，否则随铁水继续沿螺旋线轨迹做旋转运动，直到最后流出反应器。实现在节省资源和能源的前提下提高金属精炼效率和产品质量。本项目的实施对于保护地球环境，实现金属生产的可持续发展具有重要意义。