侧底复吹RH真空精炼脱碳过程研究

基于RH内流场,结合冶金反应热力学及动力学,通过建立数学模型研究了侧底复吹RH真空脱碳过程.数值结果表明计算结果与试验结果符合良好.在总吹气量相同条件下,侧底复吹RH前20 min的脱碳速率高于传统RH的脱碳速率.对于传统RH脱碳,前3 s以熔池内CO本体脱碳为主,3~1 000 s以氩气泡表面脱碳为主;对于侧底复吹RH脱碳,前1 000s以氩气泡表面脱碳为主,并且氩气泡表面脱碳速率约为熔池内CO本体脱碳速率的两倍;提高RH处理后期的脱碳速率可提高超低碳钢生产效率.     

电磁驱动旋流下气泡运动行为的研究

将电磁搅拌技术应用到RH真空脱气装置上,结合模型实验和数值模拟研究了电磁驱动旋流下,RH系统上升管内气泡的运动行为.数学模拟和模型实验的结果都给出了旋流场内气泡分布与运动轨迹.气泡运动轨迹为螺旋线形,并在旋流作用下向管子中心处聚集.气泡聚集程度受旋流数影响.旋流还可以延长RH装置内非金属夹杂在RH系统内的停留时间和运动行程,大大增加非金属夹杂物与气泡碰撞、结合的机会,有利于夹杂物的去除.     

RH冶炼超低碳钢的最优工艺研究

建立了RH碳氧反应模型,计算值和实际测量值吻合较好,可以模拟实际RH精炼过程中的碳氧反应.在一定的初始碳含量范围内,初始碳含量对RH脱碳结束的碳含量基本没有影响,同时,RH脱碳反应达到14min后其脱碳速度小于1.5×10-6min-1,脱碳反应接近平衡.随着钢包渣TFe含量的增高,RH脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值在降低.当钢包渣TFe含量为8%时,实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近.     

RH精炼过程钢液流动数值模拟和应用

结合某钢厂RH精炼装置,运用数值模拟的方法对脱气时的流场进行了计算,得出了该型号RH装置在该厂操作条件下的流场,并成功解释了操作中遇到的一些现象.利用实践生产中的经验公式与数据对模拟结果进行了验证,结果表明模拟结果可靠.最后利用该模型计算了RH内钢液的湍动能耗散情况以及钢液循环流量与吹Ar量的关系,并给出了最佳吹Ar量的控制范围.     

喷流式感应体熔沟内金属熔体流动数值仿真

基于电磁流体力学和电磁感应现象,对喷流式感应体熔沟内金属熔体的电磁场和流场进行数值模拟,并进行试验验证.结果表明,在熔沟旋转磁场作用下,金属熔体存在沿熔沟轴线的流动及熔沟进出口处二次环流;金属熔体表面磁感应强度与电流频率成反比,与输入电压成正比;金属熔体所受到电磁力最大值与磁感应强度的平方成正比,与频率成反比;金属熔体沿熔沟轴线流动的平均流速与磁感应强度成正比,与金属熔体密度平方根成反比.     

带有旋流的RH精炼系统循环流动的实验研究

探讨RH真空脱气装置水模型上升管中施加旋流以提高系统精炼效率的可能性,分别采用平直叶片叶轮和轴流式叶轮产生旋流,通过水模型实验,比较有旋流和无旋流上升管中气液两相流体流动现象的差别.利用超声波流量计测量系统的循环流量,利用摄像机记录气液两相流动状态.水模型实验结果表明,与无旋流情况相比,施加旋流后循环流量显著增大.由于向心力作用,气泡向管道中心区域积聚,从而使气泡与杂质物碰撞合并的机会大大增加;同时还能够避免气泡吸附在管壁上,提高RH真空精炼装置的寿命.     

RH脱碳模型的建立和测试

笔者针对无排气信息的 RH精炼装置 ,在碳氧平衡原理的基础上 ,结合工艺人员提供的经验知识 ,经过大量数据统计和仿真测试建立了 RH脱碳模型 .此文着重对其基本原理、模型主要流程、建模仿真过程和仿真测试结果进行阐述 .实践证明该模型精度优于宝钢现用模型     

基于废气分析的RH脱碳模型

为连续预测RH熔池内碳含量,实现对RH脱碳终点碳含量控制,以物质C平衡为基础,通过对某钢厂250 t RH废气分析系统分析的废气流量以及废气中CO、CO2含量进行连续监控,建立了基于废气分析的RH脱碳数学模型.该模型计算表明:对于冶炼成品中碳质量分数≤30×10-6的超低碳钢,模型计算RH脱碳终点碳质量分数误差都在±5×10-6之间;在RH脱碳后期,废气中CO+CO2质量分数低于5%时,熔池内脱碳速率低于10-6 min-1,此时可判定脱碳结束.同时结合现场工艺条件分析了压降平台以及吹氧操作对RH脱碳速率的影响.     

底吹氩气和旋转磁场复合作用对两相流动行为影响

提出利用旋转磁场作用于底吹氩气钢包冶金反应器的方法,建立了底吹氩气和旋转磁场作用下钢包冶金反应器内两相流动行为的数学模型,分析了改变吹气位置和磁场强度等参数对气泡运动行为的影响.结果表明:无旋流时,不断上升的气泡形成"倒锥形"的气柱.在旋转磁场和底吹气共同作用时,上升的气泡形成了"螺旋状气柱",这和试验结果相吻合.当吹气位置离中心的距离和磁场强度增大时,气泡在反应器内运动的路程分别呈线性和指数形式增加.     

RH真空精炼脱碳速率的物理模拟研究

以某钢厂210 t RH装置为研究对象,利用水力模型对现场生产过程进行物理模拟,研究驱动气体流量、顶吹气体流量、枪位、浸入深度和真空度对脱碳速率的影响.结果表明,随顶吹气体流量的增大,脱碳速率明显增大;随插入管浸入深度的增大,脱碳速率略有增大;随真空度的增大、枪位的减小,脱碳速率逐渐增大;驱动气体流量对脱碳速率的影响很小.真空度为3 616 Pa、枪位为40 mm、插入管浸入深度为125 mm、驱动气体流量为4.0 m3/h和顶吹气体流量为4.8 m3/h时,脱碳速率最大.     

RH精炼过程循环流量及夹杂去除的水模型研究

以某钢厂120tRH真空精炼炉为原型建立水模型,研究不同工艺参数对RH精炼过程钢液循环流量和夹杂去除率的影响。结果表明,钢液循环流量随着驱动气体流量、浸入深度、真空度、气孔数的增大而增大,随处理量的增大而减小,实验室循环流量最佳工艺参数为:气体流量2.8m3/h,浸入深度150mm,真空度3614Pa,气孔数12个;夹杂去除率随驱动气体流量、浸入深度、真空度和气孔数的变化均不是单调的,而是存在一个最佳值使夹杂去除率最高,实验室去除夹杂的合理工艺条件为:气体流量2.2m3/h,浸入深度125mm,真空度为3500Pa,气孔数8个。     

行波磁场对RH精炼过程混合特性的影响

建立了RH精炼装置内混合行为的数学模型,考察了不同励磁电流参数下行波磁场对RH精炼装置内混合特性的影响.计算结果表明:混匀时间随电流强度的增大而减小,并且近似成线性关系;混匀时间随电流频率的增加先减小后增大,并且在30Hz时达到极小值;在励磁电流强度为200A,频率为10Hz的条件下,在上升管或下降管施加行波磁场混匀时间可缩短9%～17%;在相同操作条件下,在上升管处施加行波磁场混匀时间小于在下降管施加行波磁场的混匀时间;同时在上升管和下降管施加行波磁场,混匀时间可缩短18%～26%;混匀时间随吹氩量的增大而减小,在吹氩量为1600NL/min时混匀时间达到极小值,吹氩量继续增大时,混匀时间反而增大.     

RH生产超低碳钢的工艺优化

通过建立ＲＨ真空处理脱碳数学模，研究了「Ｃ」０、「Ｏ」０、吹氩流量、浸入管内径对脱碳效果的影响，模型计算结果表明，针对某厂ＲＨ处理工艺，若适当提高转炉出钢「Ｃ」，降低出钢「Ｏ」，即可满足钢中「Ｃ」的要求，又可降低脱碳终点「Ｏ」从而减少脱氧合金的消耗。     

RH精炼钢中全氧量变化与操作改进

为了使钢中全氧量控制在一个适当的水平,在武钢炼钢总厂RH真空脱气装置对低碳、超低碳钢进行了脱氧净化试验.结果表明,影响全氧去除的因素按作用高低依次是出钢溶解氧水平,溶解氧与钢包渣的交互作用,钢包渣,和真空处理净化时间.通过改进工艺生产了全氧量≤10×10-6,非金属夹杂物尺寸<10μm的清洁钢水,建立了一个钢包内钢水全氧浓度随时间变化的新方程,该方程考虑了全氧的表观平衡含量及环流、扩散传质对去除氧化物夹杂速率的影响.     

RH真空精炼循环流动流场结构的数值模拟

为研究RH真空脱气过程中的流动行为,基于欧拉-欧拉两流体模型,建立了描述气泡驱动下的RH循环气-液两相流动的数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT6.0,应用所建理论模型对真空室和钢包内的流动进行了数值模拟,得到真空室内及钢包内的流动规律与实验结果基本一致.对流场结构的分析发现其中存在内部相对独立的回旋流动区域,会降低整体循环效率.RH设备的几何结构参数和充气参数的优化与匹配设计是未来改善循环流动结构、提高循环效率的关键.     

RH处理超低碳铝镇静钢的总氧预测模型及应用

根据300t钢包RH真空处理超低碳铝镇静钢的实验数据,建立了RH处理过程钢中总氧含量的预测模型,得到了钢中氧含量的预测公式.模型综合考虑了处理时间、真空室吹氩流量、钢水环流量、浸渍管直径和钢包渣中(FeO+MnO)含量等因素对总氧含量的影响,并对改进RH处理工艺进行了讨论.模型分析表明,促进夹杂物上浮的手段有增大吹氩流量、增加浸渍管直径,但都有一个合适的范围.     

RH真空精炼过程循环流量与混合特性的物理模拟

以某钢厂180t的RH真空精炼装置为研究原型,依据相似准则建立物理模拟试验装置,进行2因素(喷吹角度和供气流量)作用下3水平的水模型正交试验研究,深入揭示RH真空精炼过程中循环流动状态变化规律,并为其工艺和操作参数的确定提供技术依据.结果表明:供气流量及喷吹角度均会影响精炼效率,供气流量影响更显著;存在最优的吹氩方案,即流量为20m3/h,喷吹角度为45°时,混匀时间最短;在不同供气流量下,循环流量增加幅度随喷吹角度的增大而逐渐减小,最佳喷吹角度在25°~35°之间.