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.     

中薄板坯结晶器内钢液流动数值模拟

本文采用FLUENT商业软件对中薄板坯结晶器内流体流动和热量传输进行数值模拟,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,系统分析连铸速度、浸入深度等工艺参数对钢液流动的影响,为实际生产提供理论基础.     

RH过程中钢液流动特性的水模拟研究

针对９０ｔ多功能ＲＨ精炼装置内钢液的流动特性进行了水模拟研究．采用更为精确可靠的方法对环流量进行了测定，给出了该精炼装置的环流量计算公式：Ｑｌ＝０．０２７１Ｑ０．２６ｇＤ０．７２ｕＤ０．８４ｄ（ｔ／ｍｉｎ）．用示踪法对ＲＨ钢包内的流动状况进行了显示，验证了Ｔｓｕｊｉｎｏ的数学模拟结果，否定了ＲＨ上升管与下降管间“短路”现象的存在．     

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.     

RH精炼过程中IF钢洁净度控制

为了优化RH处理工艺、提高RH精炼后的IF钢水洁净度,通过分析T[O]含量的变化研究了RH纯循环时间、镇静时间、钢包顶渣氧化性对IF钢洁净度的影响.实验结果表明:适当延长纯循环时间有利于钢液洁净度的提高,加TiFe后保证纯循环时间6～8min以上可使RH真空处理结束后钢液T[O]降至30×10-6以下;随着RH真空处理结束后镇静时间的延长,中间包钢水T[O]含量总体呈下降趋势,镇静时间大于30 min的炉次,T[O]可控制在35×10-6以下;RH结束后渣中T.Fe每提高1%,平均Al、Ti总损失会增加1.05×10-6 min-1,其中Al损失率0.40×10-6 min-1,Ti损失率0.65×10-6 min-1.     

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．     

圆形射流流场流动结构的数值模拟

用间歇涡环代替圆形射流剪切层，对圆形射流流场的流动结构进行了数值模拟。研究中考虑了喷嘴喉部结构形状（喷嘴内流过渡曲面为球面或椭球面或其它旋转曲面，出口形状为锥面或锥面加环套）对旋涡脱落的影响及其与射流流场的相互作用。计算结果表明，内流过渡曲面为椭球面而出口形状为锥面的风琴管式喷嘴，喷射出的圆形射流流杨具有良好的大尺度涡环结构。     

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.     

210t RH精炼装置脱碳过程的数值模拟

RH是降低钢液碳含量、提高钢液纯净度的重要冶金反应器.准确确定RH装置内碳氧含量随时间的变化关系是控制RH脱碳行为的关键.脱碳数学模型考虑了活度和烟气化学成分的影响,并利用变步长四阶龙格库塔算法进行求解.数值结果与210 t RH工业试验结果相符.数值结果给出了容积系数、活度、二氧化碳生成量、压降模式、氩气流量等因素对钢液中碳含量的影响.在这些参数中,容积系数和压降模式是两个最重要的因素.     

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.     

三角翼的可压缩外部绕流流场数值模拟

据Spalart-Allmaras模型建立了三角翼的可压缩外部绕流流动的数学模型,并考虑了近壁面流动的处理方法。利用Fluent软件模拟某三角翼周围的二维湍流流场,用空气绕流阻力、升力和力矩系数来监测解的收敛性,得到三角翼周围的速度矢量图、壁面切应力图及边界层分离点范围,显示了边界层及尾迹区的复杂流动。结果表明,数值模拟方法能真实反映边界层及尾迹区的复杂流动,为解决边界层分离问题和机翼设计提供理论依据。     

连铸钢水快速精炼工艺实践

通过在吹Ar合金微调站加入Al脱氧和SiCa对夹杂物变性,选择合适的造渣剂CaO-SiO2-CaC2以及软吹Ar工艺,可以在不影响连铸机匹配的条件下(18min内)使钢水中活度氧降低到20×10-6以下,渣中的FeO MnO<3%,而连铸浇注时不会发生水口堵塞现象.满足了马鞍山钢铁公司第三钢轧总厂从美国新引进的使用油润滑浇铸的小异形坯连铸机对钢水质量和生产匹配的要求.     

600MW“W”型火焰锅炉炉内燃烧过程的数值模拟

为了分析"W"型火焰锅炉爆管原因,对某电厂某台600MW"W"型火焰锅炉在100%,75%和50%负荷下以及不同煤质情况下的燃烧过程进行数值模拟计算,研究不同负荷及不同煤质时锅炉炉内速度场、温度场的分布。研究结果表明:100%负荷和50%负荷下速度场和温度场比较对称,75%负荷下则出现明显的偏斜;在100%负荷下,火焰冲刷下炉膛的前后墙两端较严重;在50%负荷下,炉膛火焰中心有所下移,冷灰斗处温度较高;在75%负荷下,后墙火焰冲刷前墙严重,上炉膛温度偏高以致过热器温度过高,这些区域都容易引起受热面结渣和爆管。     

重轨钢采用RH和VD精炼的对比研究

在其他工艺相同条件下,对钢中全氧、Al含量、H含量、夹杂物成分、炉渣等进行了对比分析。在真空时间相同的情况下,RH脱氢能力优于VD,VD脱氧能力优于RH,但VD精炼后钢中Al含量偏高,炉渣碱度偏大,夹杂物易偏离塑性区。 RH精炼后渣中MgO含量明显升高,夹杂物成分也比较分散,可能是耐火材料尤其是插入管喷补料脱落导致外来夹杂物增多,而VD精炼后渣中MgO含量变化不大,夹杂物成分相对集中。建议采用RH精炼时,应提高耐火材料质量,减少插入管喷补次数,采用VD精炼时,应适当减少石灰加入量,降低渣中碱度并延长真空处理时间。     

1045钢淬火时温度场的数值模拟

基于实验测定的1045钢淬火冷却曲线,应用有限差分原理和非线性估计法对非线性导热方程的逆问题进行了求解,给出了一种求解钢淬火时非线性表面换热系数的方法;应用数学转换方法计算了1045钢在连续冷却时奥氏体、珠光体、贝氏体和马氏体的体积百分数.应用有限元分析软件ANSYS计算了1045钢淬火时具有相变和非线性表面换热系数的温度场.研究表明,钢淬火时的温度场、导热与换热是非线性的,温度场的计算结果和实验结果比较吻合.     

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。     

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。     

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。