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。     

钢包吹氩精炼过程钢水流动与混合行为的研究

结合鞍钢180 t钢包吹氩搅拌装置的设备工艺条件,采用数学模型方法预报了吹氩搅拌过程中钢水循环流动和混合等冶金行为,分别探讨了吹氩方式和氩气流量对钢水循环流量和混匀时间的影响.     

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.     

钢包吹氩精炼过程钢水流动与混合行为的研究

结合鞍钢180t钢包吹氩搅拌装置的设备工艺条件，采用数学模型方法预报了吹氩搅拌过程中钢水循环流动和混合等冶金行为，分别探讨了吹氩方式和氩气流量对钢水循环流量和混匀时间的影响。     

复吹转炉氧枪喷吹石灰石颗粒的物理模拟

建立了氧枪喷吹石灰石粉的冷态模型,用水模拟钢水,用浸盐空心三氧化二铝模拟石灰石粉,用真空泵油模拟炉渣,研究了熔池的均混时间、粉剂分布和粉剂穿透比.考察了底气流量和枪位对均混时间的影响,同时在优化的工艺条件下,测定了熔池的粉剂穿透比和粉剂分布,确定了实验室条件下最佳操作工艺.结果表明,顶吹喷粉条件下氧枪枪位应略微下降,枪位为258mm,底气流量为20m3/h;粉剂穿透比随固气比和粉剂粒度的增加而增加,确定了实验条件下最佳粉剂粒度为0212~0380mm.     

RH精炼过程气体喷吹角度对多相流动及传质的影响

当前,在我国制造业高质量发展和“双碳”战略下,钢铁工业的高端、绿色、低碳、高效率的创新发展十分关键。RH精炼具有脱碳、脱气、脱硫、去除夹杂物及调整钢水成分等冶金功能,已成为轴承钢等诸多高品质钢生产的重要工序之一。本研究工作基于提高RH上升管气泡分散度、扩大气泡与钢水相互作用范围的思路,创新性的提出了旋转喷吹新技术,通过简单改变上升管气体喷吹角度,实现上升管内钢水的旋转流动,而钢水旋转流动进一步促进气泡的弥散分布,从而充分发挥气泡对钢水的提升作用,提高上升管横截面速度分布的均匀性和RH精炼的循环流量。本文首先开展了传统喷吹条件下的数值模拟和水模型实验研究,结果表明,气体流量为40 L·min-1时,数值模型预测的混匀时间与水模型实验测得的结果吻合较好,在选定的三个监测点位置,模型预测值与水模型实测值的误差在1.3%~7.3%范围内,证明了数值模型的可靠性;其次,开展了不同气体喷吹角度对RH精炼过程多相流动及传质行为的影响,研究表明,传统喷吹角度下的循环流量为9 kg·s-1,当喷嘴水平旋转30°或45°时,循环流量提高了约15%,此外,预测的三个监测点的混匀时间分别缩短了约21.3%、28.2%和12.3%。喷吹角度为30°和45°时,对128个气泡的统计分析表明,气泡在流体中的平均停留时间增加了约33.3%。研究表明,新的喷吹技术有利于提升RH循环流量和混匀时间,有望为进一步提升RH精炼效率提供了重要解决思路。     

中间包吹氩去除钢水夹杂物

通过现场实验,研究了中间包吹氩位置和氩气流量对钢水洁净度的影响,重点探讨了在注流区吹氩对钢水洁净度的影响.结果表明:在T型中间包注流区内进行合适流量吹氩可提高钢水洁净度,在浇铸区拐角处和塞棒附近吹氩对钢水洁净度没有明显的影响;在注流区内吹氩,合适的氩气流量为6L·min-1,与不吹氩相比,钢中总氧降低率和夹杂物的去除率均可提高10%左右,但15L·min-1的大流量吹氩将会显著增加钢中总氧和大型夹杂物数量.分析认为:注流区内大的湍流强度可将氩气泡击碎成弥散小气泡,大量小气泡在钢液中上浮,不但提高了气泡捕捉夹杂物的概率,而且增加了夹杂物之间的碰撞机会,其结果是增大了夹杂物的粒径,促进了夹杂物的上浮去除;同时,注流区离水口距离最远,在注流区吹氩,碰撞长大的夹杂物有更长的时间上浮排出.以上两个因素的共同作用,使得在注流区吹氩对去除钢水夹杂物有显著效果.     

70 t单管RH冶金传输行为的数值模拟

为了深入了解70 t单管RH内的冶金传输过程,分别采用欧拉-欧拉方法、示踪剂输运方程和碳氧质量分数输运偏微分方程组描述RH内钢液流动行为、混匀过程和脱碳过程。数值模拟结果表明:随着真空度由250 Pa降低到50 Pa,循环流量和混匀时间保持不变,钢液中碳质量分数由81.8×10-6降低到34.3×10-6;随着底吹氩气量由100 L/min增大到500 L/min,循环流量由23.1 t/min增加到42.2 t/min,均混时间由179 s下降到100 s,钢液中碳质量分数由72.6×10-6下降到47.5×10-6。预测的脱碳曲线与工业实验数据符合良好;提高单管RH底吹氩气量,有利于提高循环流量,减少均混时间,降低钢液中碳元素质量分数。     

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0.1m3/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.     

超低碳钢RH冶炼脱碳过程的数学模型

在充分考虑RH平衡碳氧浓度的前提下，建立脱碳反应数学模型．以210t超低碳钢RH冶炼工艺为背景，详细给出数学模型的建立原则与过程．将模拟结果与实际测量数据进行对比发现，数学模型与实际测量数据有很好的吻合度．碳元素在钢液内存在一定的不均匀性，真空室自由液面下降管上方碳元素质量分数最小，钢渣界面处上升管右侧碳元素质量分数最大，循环20min后，二者相差0．0025％左右．     

RH-KTB顶吹氧吸收及脱碳过程的水模型

为深入了解RH-KTB真空精炼过程的传质现象,建立了与原型1∶5.5的水模型,并利用NaOH-CO2溶液体系考察了不同工艺参数对RH-KTB顶吹氧吸收及脱碳和脱气过程的影响.实验结果表明,增大提升气量和顶吹气量,以及降低顶枪高度均有利于顶吹氧吸收过程的进行;增大提升气量有利于脱碳过程的进行;对于顶吹氧的吸收过程,真空室内液面高度存在一个最佳值;当采取顶枪吹氧操作时,应达到最佳真空度以实现顶吹氧的快速吸收;当关闭顶枪吹氧时,应尽可能提高真空度以加速脱碳.     

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.     

含锰钢液在真空有渣精炼过程中的锰蒸发和脱氮行为研究

Considering the precise composition control on the vacuum refining of high-Mn steel, the behaviors of both Mn evaporation and nitrogen removal from molten Mn steel were investigated via vacuum slag refining in a vacuum induction furnace. It was found that the reaction interfaces of denitrification and Mn evaporation tend to migrate from the surface of slag layer to the surface of molten steel with the gradual exposure of molten steel during the vacuum slag refining process. Significantly, compared with the experimental group without slag addition, the addition of slag into steel can result in a lower Mn evaporation rate constant of 0.0192 cm·min?1 at 370 Pa, while the denitrification rate is almost not affected. Besides, the slag has a stronger inhibitory effect on Mn evaporation than the reduced vacuum pressure. Moreover, the inhibitory effect of the slag layer on Mn evaporation can be weakened with the increase of the initial Mn content in molten steel. The slag layer can work as an inhibitory layer to reduce the Mn evaporation from molten steel, the evaporation reaction of Mn mainly proceeds on the surface of the molten steel. This may be attributed to the Mn mass transfer coefficient for one of reaction at steel/slag interface, mass transfer in molten slag, and evaporation reaction at slag/gas interface is lower than that of evaporation reaction at steel/gas interface. The introduction of slag is proposed for both denitrification and manganese control during the vacuum refining process of Mn steels.     

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。     

顶底侧吹转炉熔池搅拌混匀物理模拟

在实验室建立顶底侧吹转炉吹炼物理模型,实验研究了顶底侧吹工艺参数对顶底侧吹转炉熔池搅拌混匀的影响.结果表明,侧吹气体流量对熔池混匀时间有重要的影响,存在一个临界侧吹气体流量,在低于临界侧吹气体流量范围,随侧吹气体流量增加,熔池的水平搅拌作用逐渐增强,熔池的混匀时间随之下降,侧吹气体达到一定的侧吹气量临界值后,熔池混匀时间显著降低,进一步提高侧吹气量,熔池混匀时间不再有大的变化.应在保证足够的侧吹气体流量的前提下,尽量采用适当小断面的侧吹枪.合适的底吹供气强度有助于顶底侧吹转炉熔池搅拌混匀,顶枪枪位和顶吹气体流量的变化对顶底侧吹转炉熔池混匀影响不大     

“零夹杂”超级纯净钢精炼理论与工艺探讨

通过热力学计算，分析“零夹杂”超级纯净钢精炼过程中防止氧化物夹杂析出的工艺条件和在真空精炼过程中氧化物夹杂被碳还原气化的热力学条件，以及钢液中氮化钛析出的热力学条件。指出在真空条件下钢液中氧化物 夹杂被还原气的反应受反应动力学条件的限制，同时提出“零夹杂”超级纯净钢精炼工艺的要点。     

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.