本发明专利技术的目的是突破冶金过程中高温等复杂性条件限制，通过物理模型来模拟冶金反应器实际工作过程，进而对反应器进行研究。为实现本发明专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种RH精炼装置物理模型制作方法，采用有机玻璃按照比例制作RH精炼炉原型的物理模型，所述RH精炼炉原型主要包括钢包、真空槽、两个浸渍管和吹气装置。采用水模拟所述钢包中的钢水，采用空气模拟所述吹气装置中吹出的氩气。所述空气与氩气的换算关系为：QAr＝0.817·(1/λ)5/2Q空气。其中，Q空气为物理模型中空气流量，单位为m3/h。QAr为1600℃下RH精炼炉原型中Ar气体流量，单位为m3/h。λ为物理模型与原型的相似比。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及RH冷态物理模型制作方法，具体涉及通过简化处理相关参数，制作与原型相似的用于实验的冷态模型。
技术介绍
在炉外精炼方法中主要有RH、DH、VAD、VD、VOD、ASEA2SKF、LF等,其中RH法是最为重要的一种。RH脱气装置最初由两家德国公司开发，(RH)处理工艺具有精炼效率高、适应批量处理、装备投资少、易操作等一系列优点,在炼钢生产中获得了广泛应用和显著进展。它不仅提高钢产量,改善钢材质量,增加品种,降低成本,提高经济效益,而且极大地优化了现代炼钢工艺。RH精炼装置开发之初的目的是为了脱除钢水中的[H],目前，RH的主要功能已经由原来单一的脱气设备发展成为包含真空脱气脱碳、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等的一种多功能炉外精炼设备。关于RH精炼设备及其方法作出的研究和改进极其繁多，目前已有三百多项国内专利申请。由于RH精炼装置是一种真空循环冶金装置，在实际生产过程中，伴随着高温、高压等复杂条件，很难在实验室进行相关的研究并获得有关数据，且实验成本极高。采用物理模型对冶金反应器内的过程进行模拟，是本领域内理想的研究方法。但是，物理模型的可靠性和可验证依赖于完善的数学模型。迄今为止，还没有一种较为完善的模拟RH精炼过程的物理模型。
技术实现思路
本专利技术的目的是突破冶金过程中高温等复杂性条件限制，通过物理模型来模拟冶金反应器实际工作过程，进而对反应器进行研究。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种RH精炼装置物理模型制作方法，采用有机玻璃按照比例制作RH精炼炉原型的物理模型，所述RH精炼炉原型主要包括钢包、真空槽、两个浸渍管和吹气装置。采用水模拟所述钢包中的钢水，采用空气模拟所述吹气装置中吹出的氩气。所述空气与氩气的换算关系为：QAr＝0.817·(1/λ)5/2Q空气。其中，Q空气为物理模型中空气流量，单位为m3/h。QAr为1600℃下RH精炼炉原型中Ar气体流量，单位为m3/h。λ为物理模型与原型的相似比。本专利技术的模型制作材料采用有机玻璃。应该考虑以下两方面问题：其一，应当考虑的是几何相似，即模型与原型形状相似。模型任一部分的尺寸与原型对应的尺寸之比都相同。一般来说模型按照一定的比例缩小，在这里按照5:1的比例。其二，保持动力相似，即力相似，针对RH精炼模拟主要涉及钢液流动等方面，动力相似是重要的准则之一。RH精炼装置需要吹入氩气作为驱动气体，气体在RH精炼装置内的高温环境下会膨胀，而实验条件下吹入的替代气体（通常为空气）是不会膨胀的。因此，我们通过修正弗鲁德准数相等，计算出实验时出入的替代气体流量与实际的氩流量之间的关系。气相修正弗鲁德准数为Frg'，即其中ρg为气体密度，ρl为液体密度，v：气体的流速，m/min；L为长度，G为常数。模型与原型中流量计处（流量计通常安装在下降管上）的气体流量的换算关系可以由RH系统的气相修正弗鲁德准数Frg'相等得到，具体如下：即工业用氩气和实验用空气的Frg'相等：把上式通过变形可以得出：由于Q=Av，则有：又因为：AyAm=(DyDm)2,]]>所以：代入参数可得：QAr未修正＝5.64·(1/λ)5/2·Q空气，考虑到实际生产与实验室实验时温度上的差异，现场高温引起了气体的急剧膨胀，需对QAr未修正进行修正，根据理想气体的状态方程，可得到：上式中温度t取1600℃，系数β=1/273，得：进而可以得到修正后的：QAr，即：QAr＝0.817·(1/λ)5/2Q空气，上述各式中：Q：气体流量，单位是m3/h；A：吹氩小管的横截面积，单位是m2；Q空气：实验中空气流量，单位是m3/h；QAr：原型在1600℃下Ar气体流量，单位是m3/h；QAr未修正：常温下Ar气体流量，单位是m3/h；Ly：原型中任意一段长度；Lm：模型中与Ly对应的一段长度，Ly/Lm＝1/λ；Dy：原型中任意一处内径直径；Dm：模型中与Dy对应的内径直径，Dm/Dy＝λ；Am：模型吹氩小管的横截面积，单位是mm2；Ay：原型吹氩小管的横截面积，单位是mm2；v空气：空气的流速，单位是m/min；vAr：氩气的流速，单位是m/min；t：原型生产现场温度，单位是℃；λ：模型与原型的相似比；ρ空气：常温常压下空气的密度，取1.250kg/m3；ρw：常温常压下水的密度，取1000kg/m3；ρst：1600℃高温时钢水的密度，取7000kg/m3；ρAr：1600℃高温时氩气的密度，取0.275kg/m3。对于真空度，我们知道模型与原型是几何相似的，那么应使模型内的真空室液体高度与原型内的钢液高度之比等于相似比。通过计算，可以得出模型真空室内的压强大小。真空度的确定：模型与原型是几何相似的，那么模拟时应使模型内的真空室液体高度与原型内的钢液高度之比等于相似比。模型（water）︰假设原型（steel）=λ(相似比)那么模拟时应使hw（模型真空室液体高度）︰hs（原型真空室液体高度）=λ，根据伯努利方程：假设钢包液面和真空室表面速度都为零，大气压为P，真空室内压力为p；对于钢液：ρsghs＝P-ps对于水：ρωghω＝P-pω所以：hs/hw＝(P-ps)ρw/(P-pw)ρs＝1/λ （2）其中：P为大气压强，ps原型的真空槽内的压强，ρw为模型内水的密度，pw模型的真空槽内的压强。根据上面公式就可以确定实验条件下真空度。以下给出一个实施例以帮助理解：根据几何相似，取原型与模型相似比5:1，可得模型参数，表1为原型与模型的尺寸参数。表1原型与模型的尺寸参数根据式1，可计算出实验模拟氩气的空气流量，某RH精炼装置吹入的氩气范围为90-150Nm3/h，那么模型的模拟吹空气量如表2所示。表2原型吹氩量与水模型的吹空气量关系（Nm3/h）对于真空度，当RH真空度为200pa时，大气压强P为1.013×105pa，钢水的密度取7.0×103Kg/m3，代入公式2可以得到，Pw=9.84×104pa，即实验室条件下真空室内的压强。当RH真空度为10000pa时，模型真空度变化不大，也在9.84×104pa左右。实际测量时用U型压力计测量真空室内为压差来表观真空室内的压强，那么U型压力计应该为2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种RH精炼装置物理模型制作方法，其特征在于：采用有机玻璃按照比例制作RH精炼炉原型的物理模型，所述RH精炼炉原型主要包括钢包、真空槽、两个浸渍管和吹气装置；采用水模拟所述钢包中的钢水，采用空气模拟所述吹气装置中吹出的氩气；所述空气与氩气的换算关系为：QAr＝0.817·(1/λ)5/2Q空气；其中，Q空气为物理模型中空气流量，单位为m3/h；QAr为RH精炼炉原型中Ar气体流量，单位为m3/h；λ为所述物理模型与原型的相似比。
【技术特征摘要】
1.一种RH精炼装置物理模型制作方法，其特征在于：采用有机玻璃按照
比例制作RH精炼炉原型的物理模型，所述RH精炼炉原型主要包括钢包、真空
槽、两个浸渍管和吹气装置；
采用水模拟所述钢包中的钢水，采用空气模拟所述吹气装置中吹出的氩
气；
所述空气与氩气的换算关系为：QAr＝0.817·(1/λ)5/2Q空气；其中，Q空气为物理
模型中空气流量，单位为m3/h；QAr为RH精炼炉原型中Ar气体流量，单位为
m3/h；λ为所述物理模型与原型的相似比。
2.根据权利要求1所述的RH精炼装置物理模型制作方法，其特征在
于：所述物理模型与原型的相似比为1︰5。
3.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘清才，徐敏人，吴国防，丁健，马东冉，刘浪，兰苑培，孔明，李琳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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