210t RH浸渍管内钢液流动机理的水模型实验研究

采用1∶4的比例建立水力学模型模拟210 t多功能RH浸渍管内钢液流动装置,对钢液流态进行分析,并考察吹氩量、浸渍管插入深度及吹氩孔个数对钢液流场和混匀时间的影响.结果表明:钢包内存在一主回流和大量小回流,并且来自下降管的下降液流和其周围液体形成了液--液两相流,这种流动状态对钢包内的混合及传质起着决定性的作用;本文得到的关于RH钢包内液体的这种流动状态,否定了RH过程的早期研究中关于下降管和上升管间存在"短流"现象的结论.吹氩量、浸渍管插入深度、上层和下层吹氩孔个数对钢液混匀时间的影响都非常明显,其中吹氩量及下层吹氩孔个数的变化对钢液混匀时间的影响趋势较为强烈.     

中间包底吹氩工艺优化的模拟研究

建立模拟中间包底吹氩过程的气-液两相流数学模型,研究了控流装置的布置方式、吹氩量对中间包内钢液流动行为和钢液平均停留时间的影响,并利用水模型试验对数值模拟的准确性进行了验证。与相同条件下的物理模拟结果对比可知,利用所建数学模型模拟计算中间包内钢液流动行为是可行的。数值模拟结果表明,在中间包内设置挡墙、挡坝和透气砖时,最佳的透气砖位置是距塞棒570 mm,氩气流量为31.26L/min,此时钢液平均停留时间为8.74min;利用透气砖代替挡坝和挡墙均延长了中间包内钢液的平均停留时间,且随着吹氩量的增大,钢液平均停留时间大致呈减少趋势;对比透气砖和挡坝组合,采用透气砖和挡墙组合更利于提高钢液的纯净度,此时较优的吹氩量为20.84L/min,相应的中间包内钢液平均停留时间为8.77min。     

底吹氩钢包内三维流场的数值模拟

利用商业Phoenics软件对某钢厂230 t 钢包底吹氩精炼钢包内钢液的流场进行数值模拟计算,并从流场分布和湍动能分布等角度分析了不同喷嘴布置和不同吹气量对钢包内钢液混匀效果的影响.结果表明,底吹氩钢包内透气元件采用0.6R-β布置可避免钢液对包壁所造成的严重冲刷,且有利于减少钢包内钢液的混匀时间,从而获得较为理想的搅拌效果.     

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.     

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.     

旋转磁场作用下真空精炼装置内脱碳过程的模拟研究

为了了解旋转磁场下真空精炼装置内的脱碳反应,对RH装置内钢液流场与脱碳过程进行了耦合计算;采用修正的均相流模型计算流场,避免了先前的一些不具推广性的方法,如简化计算区域或者预先规定含气率分布等.分别对有、无旋转磁场作用时的RH系统进行了模拟计算.模拟结果表明:流场和脱碳过程与现有文献中实验结果相符合;当旋转磁场作用后,磁感应强度为0.04 T时,初期脱碳速度比无旋流作用时增加了约15%,这是由于旋流增加了系统的搅拌能,提高了脱碳反应速率.脱碳反应进行到最后阶段,不同磁感应强度下的碳含量趋于同一稳定值.     

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.     

100 t钢包底吹氩数值的模拟研究

以某钢厂100 t钢包为研究对象,利用商业软件PHOENICS对该钢包内的流场进行数值模拟计算,研究钢包底吹氩精炼过程在不同工艺条件下对钢液混匀效果和包壁冲刷的影响.结果表明,底吹氩钢包内透气元件采用A-β方案,在避免钢液对包壁造成较严重冲刷和裸露的同时,有利于缩短钢包内钢液的混匀时间,从而获得较好的搅拌效果.     

RH脱碳过程中极低氧钢水的碳氧反应机理

BOF+LF+RH+CC工艺路线生产IF钢,在RH脱碳前,钢水经脱氧和LF精炼后,钢中自由氧达到极低水平.根据表观脱碳速率常数的不同,这种极低氧钢水的RH脱碳可以划分为四个阶段.与传统三个阶段的RH脱碳不同的是在低速脱碳阶段和快速脱碳阶段存在一个脱碳速率介于两者之间的过渡阶段.在正规溶液模型的基础上,建立了能够准确预报钢液氧含量及顶渣FeO含量的RH脱碳模型.结果表明:在RH吹氧前,极低氧含量的钢液与顶渣之间基本不传氧;吹氧之后,钢液氧含量呈线性增加,当钢液氧势大于顶渣氧势后,钢液向顶渣传氧,渣中FeO含量上升;RH处理结束FeO含量较处理初始有所回升,但是仍处于极低水平,能够有效降低顶渣对钢液的二次氧化.     

Periodic flow characteristics during RH vacuum circulation refining

The circulation period of RH vacuum refining was studied to promote the refining efficiency. The influences of the lift gas flow rate and submersion depth of snorkels on the circulation period, and the relationship between mixing time and circulation flow were discussed. The effects of the lift gas flow rate and submersion depth on the degassing rate in one circulation period were studied by water modeling. The results show that the circulation period is shortened by increasing the lift gas flow rate. The circulation period is the shortest when the submersion depth of snorkels is 560 mm. The whole ladle can be mixed thoroughly after three times of circulation. Increasing the lift gas flow rate can enhance the degassing rate of RH circulation.     

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.     

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.     

转子转速和气体流量对2524铝合金除气效果的影响

采用水模拟实验和铝熔体除气实验相结合的方法研究了转子转速和惰性气体流量对旋转除气法除气效果的影响及其机理.研究结果表明转子转速和气体流量对除气效果具有重要的影响.随着转子转速的增加,气泡尺寸减小,作用的区域增加,除气速率提高.在一定范围内随着气体流量的增加,气泡数量增加,除气效率提高.但当气体流量过高时,气体在转子与熔体之间产生隔离作用,气泡影响区域减小,除气效果变差.在本研究范围内转速550~690 r/min,惰性气体流量1~3 L/min是合适的工艺参数.     

180t RH气体扩散行为物理模拟

以某炼钢厂钢包和RH真空精炼设备为原型,建立与原型尺寸比为1:4的物理模型,测量吹入CO2后Na OH水溶液p H值变化来研究供氧、脱碳等气体扩散行为。通过不同提气量和真空度条件下的对比试验,可以得出:吹气过程,真空度对CO2浓度变化影响不大,提气量对CO2浓度的影响较大,增加提气量能够提高CO2浓度,提气量为5.2 m3/h时CO2浓度比提气量为3.0 m3/h时高约7%;脱气过程,真空度对CO2浓度的影响有所改善,提气量对CO2浓度的影响趋势比真空度稍微明显一些。     

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%.     

铝熔体高效除氢机理探讨

对铝合金熔体吹气法除氢过程动力学、除氢-吸氢的动态过程以及除氢所需的惰性气体流量进行了分析,探讨了实现高效节能的基本条件。分析结果表明,要实现高效节能除氢须满足以下几个条件:气泡的尺寸尽可能要小;净化处理时,熔体表面应覆盖熔剂或在真空下进行;应尽可能增大除氢时惰性气体的单位流量。     

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.