气泡上浮去除夹杂物水模型研究.pdfVIP

2008年洁净钢生产技术国际研讨会文集 气泡上浮去除夹杂物的水模型研究 1 ARAI Hirotadal，MATSUMOTOKatsutoshi2，TANIGUCHIShoji SchoolofEnvironmental (1．Graduate Studies，Tohoku 980-8579，Japan； University，Sendai 2．HachmoheNational of 039-11 Technology，Hachinohe92，Japan) College 摘要：为了满足各种行业对钢材性能要求的不断提高，需要不断提升钢材的洁净度。为了去除液态钢水中的非 金属夹杂物，气泡上浮法足众多夹杂物去除方法中最有发展前景的一种。在本研究中采用水模犁对气泡上浮的特 性进行了研究。在实验中对颗粒粒度、水的搅动速度度、吹气速率和颗粒的接触角等进行了实验研究。 关键词：水模型，夹杂物去除，气泡上浮，接触角，搅拌容器，紊流 为了提供比以前具有更高性能和更高可信度的钢材产品，目前很多钢材产品，如汽车用薄板、钢帘线 和电工用钢等需要不断提高其最终产品的洁净度水平。在众多去除夹杂物的传统方法中，气泡上浮法被认 为是最有发展前景的，这是由于一些有害夹杂物如A1：0。具有较大的接触角很容易被气泡捕捉。尽管如此， 到目前为止气泡上浮法仍然不是去除夹杂物的最主要方式，这是因为气泡上浮法的动力学机理目前还没有 解释清楚。前人对气泡携带夹杂物上浮进行了很多理论研究，ZHANG等人…对前人的研究结果进行了很好 的总结，但是大部分的研究都是只考虑单个气泡在静l}：的液体中或者层流条件F的上浮过程。ZHANG比1等人 制作了与本研究用相类似的水模型，并提出了经验的颗粒去除速率常数关系式，其该式不遵循一级动力学 规律。在他们的研究中，没有考虑由于搅拌而引起的气泡数目变化以及颗粒接触角的影响。基于前人的研 究结果，本文重点研究紊流对气泡上浮的影响，一般认为紊流可以促进颗粒向气泡表面传输，但另外一方 面紊流也有可能破坏气泡对颗粒的粘附作用。由于在钢水中的夹杂物如从渣中卷入液态夹杂物与钢液的接 触角相对较低，接触角对气泡携带夹杂物上浮的影响还不明确，本文对接触角的影响进行了详细的探讨。 1，实验方法 图1为本研究用实验装置的示意图，直径96ram，高为300mm的搅拌容器，为了达到均匀混合，在其内 部安装了四个挡板。在有些情况下，采用高度为150mm的搅拌器。在搅拌容器的底部安装一直径为35mm， 具有六个叶片搅拌头的搅拌装置。气泡从装于搅拌容器底端四个玻璃质的过滤器吹入水中。从搅拌容器的 中心位置以较小的速率将水以溢流的方式到达颗粒悬浮于水的自由表面的位置。 图1 搅拌容器示意图 39 2008年洁净钢生产技术国际研讨会文集 在本实验中采用了六种类型的固态颗粒，其对应的特性如表l所示。其中颗粒D主要用来研究流动速 率、搅拌速率、颗粒直径的影响，而其他颗粒则主要用来研究接触角变化的影响。在相同的时间间隔内， 从容器中取出少量的水试样，其内某一固定直径颗粒的浓度通过测量电导率的方法确定。实验条件如下所 m，接触 角(deg)80’94。某一颗粒的接触角是通过测量在装有颗粒的玻璃管内颗粒刺入高度或者水喷入速度决定 的。 表1 颗粒性质 一般说来，由于紊流的搅拌作用，气泡的浓度会随着搅拌强度变化。为了测量气泡浓度，提前采用光 学的方法测量了气泡的平均尺寸。结果表明气泡直径随着搅拌强度和吹气速率变化，其数值一般在 1．5—2．2