转炉炼钢是全球粗钢生产的主要工艺，其中顶底复合吹炼技术以其高效、环保的特点被广泛采用。然而，转炉的气液搅拌效率和炉壁侵蚀始终是影响生产效率和设备寿命的关键问题。通过优化底吹角度，可在保持炉壁稳定性的同时提升钢水混合效率，这为钢铁工业的可持续发展提供了重要机遇。
尽管已有研究对底吹喷嘴数量、分布及气体流速的优化进行了探讨，但针对顶底复合吹炼模式下底吹角度对流场、混合效率和炉壁侵蚀影响的系统研究仍较少。此外，复杂的气液两相流场使得传统实验方法难以全面揭示搅拌机理。
最近，东北大学的张浩教授及其团队基于数值模拟方法，提出了一种新型涡流底吹方式，并系统研究了底吹角度对混合效率和炉壁侵蚀的影响。研究团队利用ANSYS Fluent建立1/5尺度的260吨转炉简化模型，结合Euler-Euler多相流模型与湍流模型，计算不同底吹角度下的流场特性、混合时间及壁面剪切应力。结果表明，当底吹角度为5~6度时，钢水混合时间最短、搅拌效率最高；同时，底吹角度对炉壁侵蚀的影响较小。在工业实践中，团队选择7度作为实际应用角度，使冶炼时间平均缩短0.6分钟，氧含量降低49ppm，钢液清洁度显著提高。
相关研究成果以“Determination of Optimal Bottom Blowing Angle for Improving Mixing Efficiency and Wall Erosion in Steel-Making Converter: Numerical Modeling and Engineering Application”为题目发表于Metallurgical and Materials Transactions B 期刊2024年第55卷第12期。论文作者为：Jun Chen, Chao Li, Xiaoli Su, Hao Zhang*, Xizhong An。
研究结果和结论：
当底吹角度为5~6度时，转炉钢水的混合时间最短，搅拌效率显著提高。
6度底吹角度下，转炉底部流速最大，促进了更有效的混合效果。
底吹角度对炉壁侵蚀影响较小，剪切应力在0~45度范围内变化不明显。
工业应用中，采用7度底吹角度使冶炼时间平均缩短0.6分钟，氧含量降低49ppm，钢水清洁度显著提高。
该论文中共有图片7张、表格2个，部分图片和表格如下：
图1. 转炉网格划分与边界条件
图5. 底吹方式示意图
图8. 不同底吹角度下的混合时间
图12. 壁面剪切应力分布
表1. 数值模拟物理参数
表2. 转炉顶底复合吹炼几何参数
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