底吹氩钢包精炼中钢渣界面行为物理模拟

为了选择合适的钢包吹氩参数,以某厂100t钢包为原型,建立模型与原型尺寸比为1:4的物理模型。通过水模实验对钢包临界卷渣吹氩量进行测量,得到单孔及双孔吹气时的临界卷渣气量是标态450L/min和400L/min,双孔吹气更容易卷渣。讨论了渣层裸露面积的影响规律,单孔和双孔吹气底吹气量分别在大于标态500L/min和400L/min时,渣层表面裸露面积增加不明显。     

钢包在线底吹氩及夹杂去除的物理模拟研究

采用物理模拟的方法,研究钢包在线底吹氩时,钢包内钢液量、渣层厚度、底吹气体流量等参数对钢包顶部钢液裸露面积的影响,以及钢包在线底吹氩工艺对钢液中夹杂去除率的影响。结果表明,钢包临界卷渣底吹气体流量随着浇铸的进行而逐渐减小;在钢液量相同时,钢包顶部钢液裸露面积随着底吹气体流量的增加而逐渐增大;在底吹气体流量相同时,钢包顶部钢液裸露面积随着钢液液面高度的下降而逐渐减小;渣层越厚,钢液裸露面积越小;在底吹气体流量较小时,透气砖无堵塞与堵塞50%时造成的钢液裸露面积大小相近,但随着底吹气体流量的增加,透气砖堵塞50%时较无堵塞时造成的钢液裸露面积大;钢包在线底吹氩可以提高钢液中夹杂物的去除率。     

钢包底吹氩对混匀影响的水模实验

钢包底吹氩工艺参数对精炼效率有重要影响,本文以1：4的比例建立150t钢包的物理模型,钢包内钢液混匀时间受到吹气位置及吹气量的影响,通过对底吹气位置、气量进行实验研究,结果表明,单孔底吹的标态吹气量大于3.36 L/min时混匀时间变化不明显;单孔吹气时底吹喷嘴距离钢包中心0.5r时混匀时间最短.双孔底吹合适的位置是距钢包中心0.7r.     

230t钢包搅拌效果和去夹杂水模型研究

以某钢厂230 t钢包为研究对象,通过实验水模型对现场生产过程的模拟,研究底吹透气元件的布置方式和吹氩流量对搅拌效果和夹杂物去除率的影响.结果表明,双透气元件吹氩优于单透气元件吹氩搅拌效果,0.6R-γ双透气元件布置方式最佳,混匀时间随吹气量和透气元件夹角的增大而减少;夹杂物的去除率取决于吹氩量和吹氩时间,在0.2～0.8 L/min吹气量下,处理时间为0～4 min时夹杂物去除效果最好,5～8 min时可去除大部分夹杂物,24 min左右可去除所有夹杂物.     

底吹氩钢包内衬蚀损行为的数值模拟研究

针对底吹氩精炼钢包,建立钢包内衬蚀损行为模型,耦合钢液流动与传热过程,对钢包内衬材料在底吹氩精炼过程中的蚀损行为进行研究.结果表明,无论单吹还是复吹,较大的蚀损速率主要分布在钢包渣线及近透气砖区域,吹气量的增大会加速钢包内衬的蚀损.采用复吹时,钢包内衬的蚀损较单吹时更快.随着吹气参数的改变,钢包内衬蚀损速率的分布状况差异明显.大吹气量下,较大的蚀损集中在渣线区域且呈环向扩展;透气砖安装距包壁越近,钢包内衬蚀损不均衡性也越突出,近透气砖内衬蚀损加重.因此,在保证吹气效果的同时,透气砖偏心度不可太大,以免加重钢包内衬的局部蚀损,缩短其服役寿命.     

吹氩模式对钢包内多相流流动行为影响的数值模拟研究

以某钢厂150 t钢包为对象,通过数值模拟手段研究了吹氩模式和吹氩流量对钢包流场、钢渣界面行为和壁面剪应力分布的影响。结果表明：单孔吹氩模式下,钢包内环流远端流速低,钢渣界面流动不活跃,易导致此处渣层冷凝结壳;双孔等流量吹氩模式下,随着吹氩流量增大,钢渣界面流速增加,但其流动活跃性降低;双孔差流量吹氩下,大吹氩流量时钢渣界面能维持一定范围的活跃流动。当吹氩流量在120～240 L/min范围,单孔吹氩所形成的渣眼面积大于两种双孔吹氩模式;当吹氩流量超过240 L/min,双孔等流量吹氩下渣眼面积最大,双孔差流量吹氩对应的渣眼面积最小。另外,单孔吹氩下壁面剪应力最大,应力面积较小,双孔等流量吹氩下剪应力虽然显著降低,但分布区域面积增大。综上所述,双孔差流量吹氩模式可以在提高钢液精炼效率的同时,降低对钢包内衬耐火材料的流动侵蚀。     

侧底复吹RH精炼装置内的钢液流场及循环流量

采用数值模拟方法考察了钢包底吹位置对侧底复吹RH装置内流体流动及循环流量的影响.计算结果表明:在钢包底吹条件下,当底吹位置和钢包中心连线与浸渍管中心连线夹角一定时,随着底吹位置至钢包中心距离的增大,循环流量先增大后减小;当底吹位置至钢包中心距离一定时,循环流量随夹角的增大而减小;与现有RH吹氩方式相比,当采用侧底复吹且钢包底吹气量保持在200 L/min时,循环流量可提高25%以上;当关闭上升管侧吹且仅采取钢包底吹时,与现有RH吹氩方式相比,循环流量可提高60%~100%.     

LCAK钢CAS精炼过程的物理模拟

针对CAS精炼过程中罩外有大量气泡溢出的问题,在相似性原理的基础上建立了CAS钢包的水模型．研究了CAS精炼过程中底吹气量、浸渍罩插入深度和不同底吹位置对钢包混匀时间的影响．实验发现：浸渍罩的中心与底吹气孔的中心同轴时,能有效地防止罩外气泡溢出．对于300t钢包,底吹方案优化后,底吹位置选在距钢包中心0．3r一0．4r（r为钢包底部半径）,精炼时底吹气量为600L·min-1,排渣时底吹气量选在500L·min“左右,浸渍罩浸入深度选为180～225mm．工业试验表明,优化后的底吹方案有效地解决了罩外气泡溢出的问题,并且提高了LCAK钢液的洁净度和可浇注性．     

板坯连铸结晶器吹氩工艺参数优化

采用流体体积(VOF)方法和拉格朗日离散模型建立了反映230mm×1100mm板坯连铸结晶器吹氩过程中钢液、熔渣和氩气气泡流动行为的数学模型,通过数值模拟方法研究吹氩量、拉坯速度和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢/渣界面行为特征的影响规律。结果表明,吹氩会明显加剧水口附近的钢/渣界面波动,选择合适的拉坯速度能有效降低该处的界面波动幅度,同时吹氩有利于减缓结晶器弯月面处的液面波动,可在一定程度上达到稳定钢/渣界面的目的。从16种工艺配置方案中优化出该结晶器的最佳吹氩工艺参数为:拉坯速度1.2m/min,吹氩量9L/min,水口浸入深度120mm。     

钢包底吹氩方式对LF精炼的影响

采用FLUENT大型商业软件和水模拟装置对某厂50tLF炉底吹氩喷嘴的布置方式进行了数值模拟和水模拟研究.分别讨论了单孔、双孔中心对称和双孔轴对称三种底吹氩喷嘴布置方式对钢液混匀时间的影响和钢液表面的卷渣情况.结果表明,在相同的吹氩量下,采用双孔轴对称底吹氩钢液混匀时间最短,在整个钢包内部及表面,钢液流动速度均匀而稳定,基本消除了搅拌死区,可以有效防止钢液卷渣,并为夹杂物的去除提供良好的动力学条件.     

超声波钢包精炼冷态模拟

以某钢厂180 t钢包为原型,进行超声波改善钢包熔池搅拌效果的冷态模拟实验。通过记录pH计示数变化研究底吹气体搅拌均混时间及超声波搅拌均混时间。实验结果表明,在底吹空气水模实验中,当吹气位置在距离中心为0.33R,流量为0.1 m3/h时,底吹气体搅拌所需的均混时间最短为50 s;超声波水模实验中,当波源伸入钢包的中心液面下25 cm处,输出功率1.8 kW,均混时间最短为35 s;在超声波和底吹气体联合实验中,当吹气位置在距离中心为0.33R,流量为0.1 m3/h,波源伸入钢包的中心液面下25 cm处,输出功率1.8 kW时,均混时间最短为48 s;可以看出超声波可明显缩短钢包均混时间,改善钢包精炼动力学条件。     

70吨钢包底吹氩水模拟分析

对某钢厂70 t LF底吹氩精炼钢包建立了相似比为1∶3的物理模型,在全面考虑LF钢包的结构特点和工艺合理性的基础上,确定了3个径向方向上可供选择的9个吹氩孔。实验研究了吹氩流量、吹氩孔的位置、个数和相对分布对钢包混匀的影响。结果表明,在较小流量范围内,混匀时间随流量增加降低明显,流量增大到400 L/min左右和更大时,混匀时间的变化趋于平缓;相同流量下,透气砖个数由一个增加到两个并没有起到改善钢包混匀的效果;在原有0.55R透气砖位置基础上向外移动到0.67R处,能获得相对最好的钢包混匀效果。     

210 tRH精炼过程的混匀特性

以某钢厂210tRH真空精炼装置为原型,根据相似原理建立1﹕4水模型,研究了吹气量、浸入深度、真空度以及气孔堵塞对混匀时间的影响。结果表明,RH混匀时间随着吹气量的增加而呈现减小的趋势;随着浸入深度的增加先减小后增大,并存在最佳浸入深度480 mm;随真空室压力的减小而减小;随着吹气孔堵塞个数的增加先减小后增加。利用粒子成像测速技术( particle image velocimetry,PIV)测量了RH精炼过程钢包内二维流场,与数值模拟结果对比,发现钢包内的流体运动主要是从下降管到上升管的循环流动以及下降管周围的回流运动,不活跃区主要集中在渣-钢界面以下浸渍管浸入深度范围内。     

钢包半钢脱磷复吹数值的模拟研究

为研究承德钢厂100t钢包复吹对钢液的搅拌效果,利用Fluent软件对钢包在固定底吹模式下开展侧吹的流场进行数值模拟。结果表明,钢液流速、湍能、冲击面积都随侧吹流量增大而增大,熔池中速度死区逐渐降低,气体对熔池的搅拌能力也随之提高,加大侧吹气量对钢包渣层有搅拌效果,促进钢液的脱磷能力。     

70吨钢包双开孔底吹氩过程数值模拟研究

以某厂70吨钢包为研究对象,利用软件FLUENT对该钢包内的流场进行数值模拟计算,探讨各种情况下对钢液均混效果的影响;进行水模拟实验对比分析不同吹气量下的均混时间来优化最佳喷吹位置;优化结果用于实际生产后,结果表明,采用4号方案,有利于缩短钢液的均混时间,降低非金属夹杂物占比,底吹率明显提高.     

钢液注流的惰性气幕保护系统

对钢液注流的惰性气幕保护系统在实验室进行了冷模拟试验研究。通过向安装在钢包或中间罐水口下方的引流管内吹入惰性气体形成保护气幕 ,使钢流与空气完全隔离 ,防止其发生再氧化 ,减少钢中的非金属夹杂物 ,提高连铸坯质量。