连铸中间包底吹气过程水模型实验研究

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,采用自行设计的吹气装置于底部吹气,用水模型的方法研究了吹气对中间包过程的影响。实验结果表明,底部吹气显著地改变了中间包内的流体流动特征;当不吹气时,通过上挡板下部的液流以层流形式贴近中间包的底部流动,然后从出口直接流出,在中间包的停留时间较短,死区体积较大,不利于夹杂物的去除;吹气以后,上升的气流起到了气幕挡墙的作用,通过上挡板下部的液流,被上升的气流抬起,贴近液面流动;吹气有利于增加平均停留时间,缩小中间包的死区体积,此外,上升的气流对中间包的液流具有一定的清洗作用,有利于夹杂物的去除;吹气用于中间包去夹杂过程,不需要较大气体流量。在气体流量相同时,在水模型实验装置中3个位置吹气对中间包的平均停留时间、中间包的死区体积分数、最短平均停留时间的影响大致相同,但总体上,中间位置的吹气效果要好于其他2个位置的吹气效果。     

弥散型透气砖阻力系数的测试与分析

根据Forchheimer's定律,测量了通过弥散型透气砖的吹气量和压降,并引入多孔介质模型描述气体在弥散型透气砖内的流动.借助CFD软件模拟计算了气体在透气砖内的流动状况,确定了弥散型透气砖的阻力系数.采用物理测试与数值模拟相结合的方法,研究透气砖的显气孔率和平均孔径对阻力系数的影响.结果表明,弥散型透气砖的黏性阻力系数远大于惯性阻力系数,在显气孔率为23%～28%的范围内,随着透气砖的显气孔率和平均孔径的增大,其阻力系数显著降低.     

底吹中间包气泡运动过程的数模研究

采用VOF模型模拟气泡在钢液中的运动过程,根据计算结果研究气泡的运动特性.结果表明,气泡外形由初始时的球形变为心形,而后逐渐变为椭球帽形;不同气量所产生气泡的直径不同,过小气量不能形成有效气幕;吹气量改变时,气泡运动轨迹也相应改变,小气量下上升轨迹呈螺旋状,中等气量呈现S状路径,较大气量时出现直线上升运动;不同位置上的气泡运动特性完全不同,这与钢液流场分布有密切关系.     

底吹中间包内钢液及夹杂物运动特性的数模研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数，采用欧拉两流体模型和拉格郎日随机轨道模型，模拟计算采用湍流控制器和气幕挡墙技术的中间包内的钢液流动特性及钢水中夹杂物的运动行为，研究结果表明，中间包底部吹气过程可以有效地改善钢液的流动状态，消除短路流，起到中间包档墙的作用，并且增大夹杂物在中间包内上浮排出率，大大提高了钢水的清洁度．     

300t精炼钢包透气砖应用的数学物理模拟

针对300 t精炼钢包,在LF设备电极位置与钢包透气砖所在位置的对应关系确定的基础上,通过水模、数模分别采用单吹、复吹时钢包内钢水流动特性和夹杂物去除的对比研究,探讨了透气砖结构性能的影响作用.结果表明,单吹时应使用抗渗透较好且能形成有利于夹杂物去除的气泡形态狭缝式透气砖(PB1),吹气卷渣临界气量为1.45 m3/h,气量需稳定,混匀时间为82.44 s,钢液渗透小,夹杂物去除率为62.86%,能够满足搅拌钢液起到成分和温度的快速均匀以及净化钢液的作用.     

精炼工艺中气泡的行为及其对去氢的影响

本文采用ＫＯＨ溶液－ＣＯ２气体的模型，研究了喷孔、喷嘴、透气砖、ＳＮＩＦ 和 ＡＬＰＵＲ 等吹气精炼液体金属的工艺中，气泡的行为及其对去氢的影响。研究结 果表明：喷孔、喷嘴或透气砖形成的气泡尺寸大、数量少、近乎直线上升、集中分 布，气泡间合泡严重，金属液而搅动剧烈，因此，去氢效率低；ＳＮＩＦ和 ＡＬＰＵＲ旋 转喷嘴形成的气泡尺寸小、数量多、沿螺旋线上升．因此，去氢效率较高，但其仍存在 气泡分布不均、金属液面搅动剧烈等不足。在此基础上，研制出一种具有更高效率的精 炼装置──ＤＩＴ ８６．     

气幕挡墙技术优化多流中间包数模研究

采用数学模拟方法,依据某无缝钢厂实际六流中间包操作工艺参数,应用欧拉两流体模型、多孔介质模型、欧拉-拉格朗日随机轨道模型及Monte-Carlo法,引入气泡吸附模型,研究了气幕挡墙技术对中间包内钢液流动特性及夹杂物去除率的影响.结果表明,采用气幕挡墙技术,对于改善钢液流动状态、均衡各出口停留时间、延长钢液平均停留时间、降低死区体积、提高夹杂物去除率和实现多流超纯净钢冶炼效果显著.     

包内吹惰性气体精炼动力学的研究

包内吹惰性气体精炼熔融金属工艺现已广泛应用，但有关的一些理论问题尚有待探讨。本文描述了在模拟条件下，应用激光测气泡频率的方法；阐明了透气砖孔径、气泡频率与吹气速率间的关系；论证了在试验条件下，脱气效率仅与吹气所生成的气泡总频率有关；在此基础上，作者提出了临界吹气速率概念，即最佳吹气率概念，作为设计和研究吹气精炼工艺的依据，文中还叙述了吹气的搅拌作用的一些结果。作者认为本试验的结果可定性地适用于任何液体金属。而定量地应用尚有待于进一步的试验和研究。     

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.     

Water modeling of molten steel flow in a multi-strand tundish with gas blowing

Fluid flow characteristics in a four-strand tundish with gas blowing were studied by water modeling experiments. It is found that gas blowing can greatly improve the flow characteristics in the tundish with a turbulence inhibitor. It dramatically increases the peak concentration time, and greatly decreases the dead volume, and reduces the minimum residence time. The gas blowing location, gas flow rate, and porous plug area greatly influence the flow characteristics in the tundish; the gas blowing location near the baffle, smaller gas flow rate, and smaller porous plug area are better for improving the fluid flow characteristics. Using gas blowing can reduce the difference of flows at the middle outlets and side outlets for the multi-strand tundish. Bubbles produced by gas blowing can absorb small inclusions and provide the condition for inclusion collision and aggregation. Therefore, introducing gas blowing into a tundish and combining the turbulence inhibitor can improve inclusion floating and removal, and the cleanness of molten steel can be advanced.     

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。     

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

夹杂物去除是钢液精炼的重要任务之一。目前与去除夹杂物相关的工艺方法主要有:钢包-电磁搅拌和钢包底吹氩;RH及RH侧底复吹;中间包-控流装置、气幕挡墙和通道电磁感应加热;结晶器电磁搅拌与电磁制动和水口吹氩。本文总结了钢水精炼中各个反应器去除夹杂物的方法和机理,并分析了影响夹杂物去除效率的主要因素,为钢水二次精炼的夹杂物去除工艺优化提供理论依据和参考。     

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．     

H型中间包与T型中间包的水模对比研究

进行了H型中间包的挡墙和坝的水模拟优化试验,确定出挡墙和坝的最佳设计方案。结合H型中间包的优点,与普遍使用的T型中间包进行了水模实验对比研究。研究表明：H型中间包内流动比T型中间包内更加稳定;当挡墙间距为130 mm、上挡墙高为87.5 mm、下挡墙高为52.5 mm时,H型中间包内液体的流动状态最好,死区体积比T型中间包小;符合工艺参数条件下增大中间包容积有利于停留时间的延长。     

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。     

湍流抑制器对中间包钢液流动的影响

采用水模拟试验研究湍流抑制器对中间包钢液流动特性的影响。结果表明,拉速变化时单层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,双层湍流抑制器能延长包内钢液平均停留时间;液位变化时双层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,相同液位下双层湍流抑制器使钢液在中间包内平均停留时间较之于单层湍抑器相应值至少增加20s;3种湍流抑制器对中间包流场的改善程度从大到小排序为:双层湍流抑制器,八角形湍流抑制器,单层湍流抑制器。     

梅钢40 t板坯中间包的工业试验与仿真分析

梅山钢铁公司炼钢厂有2座150t的LD转炉,配40t板坯连铸中间包.为了了解和掌握中间包内部过程的基本特征,在实际中间包内对流动控制装置、钢水停留时间分布及熔池内温度分布情况进行了现场测试,并结合数学和物理模拟方法进行分析.研究结果表明钢包与中间包内钢水的温差对中间包内钢水的流动状态有很大影响,进而影响着中间包内许多冶金过程;实际中间包熔池内温度分布不均,即使没有任何流动控制装置,熔池内上部温度也高于下部温度,现场测定的停留时间曲线与传统的等温水模型实验结果相差较大;在大多数生产条件下,中间包内的流动是非等温流动,以等温条件为前提的挡板设计、控制参数可能与实际情况不符,应该重新鉴别.