钢包底吹氩过程数学物理模拟研究

以130t钢包为研究对象建立水力学模型,以电导法测定了底吹氩钢包内钢液的混匀时间,讨论钢包底吹氩工艺中透气元件不同布置方式以及不同吹气量对钢液混匀时间的影响。同时用数值模拟的方法,对钢包内流场进行计算,探讨各种情况下钢包内流场变化,提出最佳底吹气搅拌位置及吹氩制度。     

插入浸渍圆筒底吹氩钢包内钢液搅拌行为的水模型研究

以150 t钢包为原型,采用几何相似比1:7的水模型,研究插入钢包的浸渍圆筒直径(50~130 mm) , 插入深度(30~150 mm)和底吹气体流量(0.03~0.48 m³/h)对钢液混匀时间和液面振幅的影响。结果表明,随浸渍圆筒直径和插入深度的增加,液面振幅减小;随底吹气量增加,液面振幅增大;不插入浸渍圆筒时不发生卷渣的临界底吹气量为0.09 m~³/h,混匀时间为10 s;插入直径130 mm、深度90 mm的浸渍圆筒时,不发生卷渣的临界底吹气量为0.30 m³/h,最短混匀时间为4 s。实验数据回归分析得出150 t钢包内钢液均混时间-t’与底吹气量-Q’、浸渍圆筒直径-d’和插入深度h’的关系为t’=2.69+0.017 9 d’+0.011 2h’-0.425 Q’。     

30 t VOD钢包冶炼不锈钢钢液流动模拟研究

以西宁特钢30 t VOD冶炼不锈钢为工艺背景,采用数值模拟与物理模拟相结合的研究方法,研究了顶底复吹条件下30 t VOD钢包精炼过程中钢液流动及混匀特性。水模拟实验分析了钢包在底吹及复吹条件下的钢液混匀特性,数值模拟分析了不同复吹条件下钢液的流场特征。研究结果表明:当钢包底吹位置为1/4R(R为钢包底部半径)时,钢液既有最佳的复吹混匀效果,又有较好底吹混匀效果,其混匀时间相比中心位置分别降低46%、14%;钢液流场及湍流动能分析结果表明,当底吹位置1/4R时,在熔池液面区,顶吹与底吹二者作用于钢液形成流动的方向吻合程度较好,且熔池内部钢液活跃体积比高于其他吹气位置,其横截面活跃面积可达47%,结合实际冶炼效果对比,钢包底吹位置1/4R处为VOD钢包的最佳吹气位置。     

110t不锈钢钢包炉底吹氩水模拟

依据相似原理建立钢包的物理模拟体系,采用水模型对110t LF钢包底吹氩过程进行研究,分析了吹气量、吹氩位置、钢包覆盖渣和钢包液面高度对钢包混匀的影响,并进行了相应的试验验证。研究结果表明：水模型试验结果和大工业应用具有较好的一致性,验证了水模型的可行性;钢包液面高度越高,混匀时间越长;吹气量越大,混匀时间越短;相同的液面高度和吹气量下,底吹氩最佳位置为0.33r 附近;钢包覆盖渣较黏时会使钢液流动显著减慢,增大吹气量容易产生卷渣现象。     

不同钢包底吹氩模式对钢液精炼效果的影响

以180 t双孔底吹氩钢包为研究对象,对6种钢包底吹氩模式进行数值模拟,并结合现场试验与当前采用的吹氩模式进行对比。研究发现：（1）钢液的混匀时间随吹氩量的增加而减少,吹氩量一定时,差流量吹氩模式对钢液的搅拌强于等流量吹氩模式。（2）不同的钢包底吹氩模式,渣眼形成的位置不同,渣眼面积也不同。总流量一定时,差流量吹氩模式钢液面最大流速大于等流量吹氩模式,易发生钢液卷渣。（3）差流量吹氩模式渣线处渣层厚度的波动大于等流量吹氩模式,且流量差值越大,波动越剧烈。（4）差流量吹氩模式通过“强-弱”流股的配合,进一步强化了钢包底吹氩的钢液精炼效果。工业试验表明,采取等流量吹氩模式（500 L/min—500 L/min）,钢中的较大夹杂物的数目明显多于差流量吹氩模式（400 L/min—600 L/min）。     

150 t钢包底吹氩工艺优化

对梅山钢铁公司150 t钢包建立水力学模型,试验研究不同喷嘴布置方式(单喷嘴、双喷嘴90°夹角布置和双喷嘴 180°夹角布置)、布置位置(喷嘴距包底中心0.40R、0.55R、0.70R)和吹气量(35～60m3/h)对钢包内钢液混匀时间及卷渣的影响,得出150 t钢包底吹氩的优化工艺参数为单喷嘴0.55R布置,吹气量控制在45 m3/h.应用生产后,单包钢水在中间包两次测温的平均温差仅2.66℃,吹氩处理前后夹杂物含量下降了30.1%,Al收得率较工艺优化前提高了50%.     

65t钢包精炼工艺参数优化数值模拟

针对唐钢65 t钢包实际条件,采用Fluent软件对钢包底吹结构和工艺参数对钢液流场、弱搅拌区和混匀时间的影响进行研究,并采用冷态模拟试验进行验证,为钢包底吹结构和工艺参数优化奠定了理论和试验基础。结果表明,钢液流速较高的区域主要集中在高速流股区域和钢包上部,而弱搅拌区主要集中在钢包底部;吹氩量为100 L/min的条件下,底吹夹角180°、底吹中心距0.6R时钢包的弱搅拌区体积率最小;底吹中心距0.6R、底吹夹角180°条件下,钢液弱搅拌区体积率和混匀时间均随着底吹气体流量的增加而呈下降趋势;冷态模拟试验结果证实了混匀时间随着底吹气体流量增加而呈现降低的趋势,而且数值模拟确定的混匀时间与冷态模拟试验结果基本一致,证实了数学模拟结果的可靠性。     

150t钢包双透气砖底吹氩优化与工业试用

通过水模型研究了国内某厂150t钢包双透气砖底吹氩位置及流量对钢液混匀时间的影响,利用优质真空泵油模拟钢包顶渣,对不同吹气位置及吹气流量下钢液裸露面积进行了比较。结果表明,双孔夹角180°、吹气孔位于各自半径0.6R圆周上(吹气孔11和15)时混匀时间短且钢液裸露面积小,同时对包壁冲刷更小。钢包改造后工业试用表明,通过优化钢包透气砖位置及钙处理后钢液软吹氩流量及时间,钢液钙处理增氧质量分数降低28×10-6,降幅达78%;钢液出LF全氧质量分数降低34×10-6,降幅为45%,全氧含量控制水平明显提高。     

钢包底吹氩性能优化水模型试验

利用水模型模拟了本钢炼钢厂精炼过程的吹氩工艺,研究了优化吹氩孔布置方案对钢液混合效果的影响,以及吹气量大小对混匀时间以及夹杂物的影响。结果表明:在电极圆以外区域可以找到比现行吹氩位置混匀效果更优的双气孔吹氩孔布置方案,混匀时间明显缩短;当吹气孔位于钢包底部1/2R半径上时,两个气孔夹角为30°吹气效果最优;当吹气孔位于钢包底部2/3R半径上时,气孔夹角为150°吹气效果最优;在条件相同的情况下,位于1/2R圆上的双透气砖组合的混匀效果整体上优于位于2/3R圆上的双透气砖组合;钢包底吹氩时的透气量大小要适中,气量过大时对提高溶液混合效果贡献不大,且气量过大会产生明显的卷渣现象。     

底吹氩VD钢包炉流场优化的数值模拟研究

以某钢厂150 t VD钢包炉为研究对象,采用商业软件Ansys-Fluent,建立钢包底吹氩气模型,结合正交设计方法,模拟了不同钢液量,两个吹氩口不同吹氩量工艺条件下钢包内流场和流速变化,同时考虑了静置10 min后钢包炉内钢液流动情况。所有试验均监测钢包下部同一位置的速度大小,通过正交设计方法选择最优的生产方案。研究结果表明:钢包内钢液量和底吹氩气量在小范围内变动对钢包内钢液流场和流速影响不大,且钢液量和氩气口吹氩量对静置10 min后钢液内流场流速的影响可以忽略不计。吹氩量过大会导致渣眼开度较大引起卷渣和吸气现象,吹气量过小钢液流速较低则导致形成稳定循环流场所需时间较长。最终通过对比分析得出在钢液高度选用3 590 mm,1#和2#氩气口流量均采用0.9 m~3/h时钢包炉内综合流动效果较好,减少了钢水受污染程度,提高了生产效率。     

电弧炉底吹搅拌新技术

本文介绍了电弧炉底吹搅拌技术搅拌气体的种类及底部供气元件的种类和布置方式。从理论上分析了底吹搅拌后均匀混合特性和精炼反应特性，简述了实际电炉底吹后的搅拌效果。讨论了该技术在国内外的发展前景。     

KR搅拌脱硫工艺的动力学研究

通过对搅拌罐液面、搅拌罐内液体微元及搅拌头功率进行分析,研究了搅拌头转速、搅拌桨直径的合理范围和搅拌桨的转速与搅拌桨直径之间的关系。结果表明:由于搅拌罐液面上升高度的限制,搅拌头转速上限值为127r/min;搅拌罐直径应低于搅拌桨直径的3倍;功率一定时,搅拌桨直径的5次方与搅拌桨转速的3次方的乘积为定值。     

连铸结晶器电磁搅拌技术

闻述了连铸结晶器电磁搅拌的冶金功能、存在问题及相应地改进措施。在此基础上，提出了攀钢新建大方坯连铸机应采用结晶器 凝固末端电磁搅拌(M F—EMS)的复合型搅拌技术、开展结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究的建议。     

线性磁场中钢液搅拌速率因素的多元回归分析

本研究在实验室条件下，采用低熔点金属伍德合金模拟连铸钢水，测定其不同条件下线性电磁场中金属液的搅拌速率。通过对测定结果进行多元回归分析，得出多元回归方程，显示了各个因素与搅拌速率的相关性大小。     

钢铁半固态成形技术的研究进展和展望

低熔点合金半固态成形技术被专家称为21世纪新兴的金属制造关键技术。该技术已经成功地在商业领域中运行，人们一直在探索将此技术应用于钢铁材料。本文综述了钢铁半固态成形技术的研究开发过程，介绍了钢铁半固态成形的工艺、浆料的制备方法、半固态金属的微观组织演变以及对这种成形工艺的展望。笔者认为电磁搅拌制备浆料方法中的搅拌是无接触搅拌，更适用于高熔点钢铁材料。由于触变成形工艺本身的特点，使其更适宜于钢铁等高熔点材料的半固态成形控制。     

KR脱硫搅拌器的技术现状与发展方向

在综述国内外KR脱硫搅拌器技术研究与应用现状的基础上,探明了影响搅拌器使用寿命的主要因素,分析了搅拌器的技术发展方向。     

不同搅拌参数的双层浆搅拌槽三维流场数值模拟

运用Fluent软件,采取多重参考系法(MRF)和标准k-ε紊流模型对搅拌槽在水中产生的流场进行数值模拟,分析了桨叶高度和转速对三维流场的影响,并对其宏观流动特性和时均速度分布进行详细对比分析。结果表明,当上桨叶高度为1 200mm、转速为1 909r/min(200rad/s)时,搅拌效果最佳。     

超声搅拌和气体搅拌去除夹杂物

 通过水模型实验，对同一容器内相同比搅拌功率条件下，超声搅拌和气体搅拌对去除夹杂物的影响进行了对比研究。结果表明：超声搅拌的空化作用可产生的大量小气泡增大了吸附面积，延长了气泡的上浮时间，有利于夹杂物的去除，可以充分发挥容器器壁粘附夹杂物的作用，保护液体不受外界污染；气体搅拌时，夹杂物去除速率快、效率高。两种搅拌方式去除夹杂物的效率均随比搅拌功率的提高而增大，但比搅拌功率对气体搅拌的影响更加显著。     

Study of New Hot Metal Desulfurization Process on 1t Desulfurization Experiments

For the lack of the present hot metal desulfurization processes in iron and steel industry, our group has proposed the in-situ mechanical stirring method for external desulfurization of molten iron and researched this new method. This paper investigated this new in-situ mechanical stirring hot metal desulphurization process on desulphurization experiments of one-ton scale by using the new desulfurizer. The experimental results indicated that the desulfurization efficiency of in-situ mechanical stirring desulfurization process is 90% and the lowest sulfur content in the treated hot metal is 23ppm. By comparing with the methods of direct throwing desulfurizer and in-situ injecting desulfurization, in-situ mechanical stirring desulfurization process is the suitable desulfurizaton method.