氩气流量对100 t 底吹钢包内渣眼形成影响的数值模拟

通过建立的氩气底吹钢包三维非稳态三相流动数学模型以及Fluent软件和Simple算法研究了钢包精炼底吹氩过程保护渣的流动特性,并分析了喷嘴直径0.1 m时200~3500 L/min喷气量对渣眼尺寸、渣层运行的影响。结果表明,随喷气量增大渣眼增大,当氩气流量为400~2000 L/min时渣眼大小和钢包内流场分布较合理,有利于精炼;随渣层厚度增加,渣眼减小,但渣厚超过200 mm时,渣层厚度的增加对渣眼大小影响不显著。     

210 t LF精炼底吹氩过程气、渣、钢液三相流场优化的数值模拟

基于湍流模型和VOF模型,通过CFD流体工程模拟软件FLUENT6.3.26,对吹氩过程210 t钢包炉(LF)内气、渣、钢液三相流场进行了数值模拟和分析,得出底吹氩孔位(单孔中心,单孔偏心,双孔)和氩气流量(100~500 L/min)对钢液循环流动、渣眼尺寸和卷渣等行为的影响。研究显示,单孔底吹钢包的孔位不同,混合速度和渣眼尺寸不同;渣眼处易卷渣;双孔底吹比单孔底吹死区小得多;氩气流量越大渣眼越大,但渣眼尺寸大于611mm时,其尺寸变化不大;210 t钢包的双孔底吹钢包内合适的吹氩量为200~300 L/min。     

差流量吹氩模式对150 t钢包混匀与顶渣行为的影响

 针对钢包传统的双孔等流量底吹氩模式在流量较大时造成的流股相互碰撞、搅拌能耗散大、钢包卷渣和钢水二次氧化倾向大的问题,提出一种双孔差流量搅拌模式,并以150 t工业钢包为原型,采用1∶3物理模型研究了两个吹氩孔分布、吹氩流量和渣层厚度对新底吹模式下钢水混匀时间与顶部渣眼面积的影响。结果表明,与传统等流量吹氩模式相比,双孔差流量搅拌钢包混匀时间和渣眼面积普遍有所减小。其中,两个底吹透气砖在包底0.6R(钢包底部半径)处、夹角为180°时,可获得较短的混匀时间和较小的渣眼,且两个渣眼出现在钢包液面两侧,避免了常见的渣层偏聚不均匀现象。研究结果为工业实践中采用新型双孔差流量搅拌模式改善钢包冶金效果、更好地抑制钢水二次氧化提供了依据。     

吹氩精炼钢包内非金属夹杂物去除机理

 通过物理模拟试验,研究分析了底吹氩精炼钢包内夹杂物去除机理以及吹氩量对其的影响规律。结果表明：钢包中夹杂物的上浮主要是通过上升的钢液流携带,底吹氩量对夹杂物在钢包表面的钢-渣界面去除行为存在重要影响。吹氩量较小时,钢-渣界面稳定,夹杂物在浮力、毛细作用力等共同作用下穿过平坦的钢-渣界面而被吸收;吹氩量较大时,钢-渣界面波动大,渣眼周围发生卷渣,夹杂物被卷入的液滴吸收,随液滴进入渣层;吹氩量大,渣眼周围形成渣泡,夹杂物被渣泡吸收,随渣泡进入渣层。吹氩量达到一定时,夹杂物被钢-渣界面的吸收成为其被去除的限制性环节,且吹氩量较大时夹杂物去除效果最差,为实际吹氩精炼过程吹气量的控制提供了指导。     

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）。     

钢包内夹杂物行为物理模拟与探讨

通过对目前石钢公司精炼过程中钢包底吹氩控制的物理模型实验,模拟钢包内非金属夹杂物在钢水中的行为,探索改善非金属夹杂物的控制方法。利用水模型,通过卷渣实验、底吹氩时间、底吹氩气流量优化实验等模拟了非金属夹杂物在钢水中的行为,确定有利于去除夹杂物的合理底吹氩软吹时间为30 min,流量控制为40 NL/min,此时钢液循环流动输送夹杂物至钢包表面的速度加快,夹杂物的上浮和去除效果较好。     

钢包底吹去除夹杂物的水力学模型

采用水力学模型方法对40t钢包单底吹去除钢水中夹杂物的行为进行了研究,分析了元件类型、渣层厚度、位置和流量等对夹杂物去除的影响规律。结果表明:在钢包底吹过程中钢水内夹杂物的去除率方面,弥散式透气砖均优于狭缝式底吹元件;底吹位置越靠近钢包中心时,去除夹杂物的效果越佳;在实验条件下渣层越厚,夹杂物去除率越高;底吹氩去除夹杂物存在一个最佳流量值。     

100 t底吹氩钢包流场数值模拟及现场实践

为了研究国内某钢厂100 t双孔底吹氩钢包的流场现状，针对此钢包精炼过程流量200 L/min(方案1)和300 L/min(方案2)的钢水流动行为进行了数值模拟与现场实践。结果表明，每个吹氩流股均会在钢包形成两个循环流，分别位于流股与钢包壁之间和两个流股之间；方案2比方案1混匀时间缩短36 s，渣眼平均直径增大 0.055 m，耐火材料侵蚀加重。数值模拟通过现场实践验证了其正确性，为现场生产提供了有效指导。     

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300 t钢包,底吹方案优化后,底吹位置选在距钢包中心0.3r~0.4r(r为钢包底部半径),精炼时底吹气量为600 L·min^-1,排渣时底吹气量选在500 L·min^-1左右,浸渍罩浸入深度选为180~225 mm.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.     

使用圆孔透气塞的钢包内流场及其渣眼行为研究

由于圆孔取代矩形狭缝后,可以有效地缓解透气塞狭缝孔周应力集中和延长其使用寿命,因而研究其精炼过程显得十分必要。文中采用离散相模型与VOF模型对钢包吹氩过程进行了研究,对比分析了不同流量下使用圆孔狭缝式透气塞的钢包内的流场和渣眼面积,并采用水模试验方法验证了数值模拟。结果表明:底吹气体流量对钢包的流场特征影响不大,当流量高于3.76 L/min时,流量的增大对钢液的流速影响不大,当底吹流量低于3.76 L/min时,流量增大,钢液流速增大;而且水模试验中的渣眼面积与数值模拟得到的渣眼面积吻合较好。     

底吹氩钢包内渣-金反应及脱硫行为的数值模拟

为了提高底吹氩钢包脱硫效率,建立了CFD-SRM耦合模型描述底吹氩钢包内渣-金反应及脱硫行为,考虑了钢包内底吹引起的湍流流动和渣圈中氧气吸收及氧化反应等因素对渣-金反应动力学的影响规律,通过80 t钢包热态试验验证了数学模型,并揭示了不同吹炼制度对底吹氩钢包脱硫效率的影响规律,得出合理的优化参数。结果表明,气液两相流对组分质量传输速率和脱硫效率有着重要影响,CFD-SRM耦合模型可以准确预测底吹钢包内的渣-金反应和脱硫行为,钢包双孔喷吹的脱硫效果对单孔中心和偏心布置更优。随着渣-金高度比的增加,脱硫效率增加,当渣钢高度比超过0.04时,脱硫效率变化很小;随着底吹流量的增加,脱硫率先增大后减小,但当底吹流量超过300 L/min(标准态)时,钢液脱硫率开始降低。     

钢包底吹氩卷渣的模拟研究

根据相似原理用混合油模拟渣层、水模拟钢水,对100t精炼钢包建立了几何比例为1：3.5的水模拟试验,通过测试研究了不同底吹条件对钢包卷渣行为的影响,得到了各条件临界卷渣气量;采用软吹时,最好采用单孔工艺;当吹气量处于0.6L/min~6L/min（对应实际吹气量31.6L/min~242L/min）之间时,随着吹气量的增加,裸露区的直径也线性增加。     

炼钢过程多相流及其反应动力学数值模拟研究

炼钢过程主要是通过喷吹手段来达到脱碳、脱磷、脱硫、去夹杂等冶金目的,其过程涉及极其复杂的气-金-渣多相流行为和反应动力学,对其研究揭示是实现高效炼钢和钢超洁净化的重要基础,数值模拟已成为解析炼钢过程现象和机理不可或缺的手段.本文结合前人的工作,总结介绍了作者在转炉冶炼和钢包精炼过程数值模拟方面的研究进展.通过对转炉冶炼熔池内渣-金-气多相流行为的数值模拟,揭示了熔池混匀、炉衬冲刷、金属液滴喷溅等重要物理现象,同时通过耦合冶金热力学,定量描述了转炉内脱碳、脱磷等反应过程,优化了转炉吹炼工艺;基于Euler-Euler模型,描述了钢包吹氩精炼过程钢液湍流脉动诱导气泡扩散和气泡上浮诱导钢液湍流等重要现象,并利用CFD-PBM模型描述了夹杂物运动、碰撞聚合及去除行为,发现了气泡-夹杂物湍流随机碰撞去除夹杂物的新机理,同时通过CFD-SRM耦合模型实现了钢包精炼多组分参与渣-金反应和脱硫行为的定量描述,揭示了钢液与顶渣的成分、底吹模式对脱硫效率的影响规律.针对钢包底喷粉脱硫新工艺,提出了底喷粉过程中顶渣-钢液、空气-钢液、粉剂-钢液、气泡-钢液多界面多组分同时反应模型,考虑了气-液两相流、粉剂传...     

CAS喷粉精炼熔池混合行为的水模型试验

通过1:4水模型装置模拟150 t CAS钢包精炼过程熔池内流场特征和渣面裸露情况,以确定最佳的喷吹位置和研究喷吹参数对熔池均混时间的影响。结果表明,喷吹气量和底吹流量越大,喷枪插入越深,浸渍罩插入越浅,则均混时间越短;底吹位置离钢包中心越近,均混效果越差。分析得出,150 t CAS钢包增加喷粉后,最佳底吹位置为离钢包中心0.35R(R为钢包下口半径)处。     

CAS-OB钢包底吹排渣效果的实验研究

在CAS－OB工艺中,下罩前底吹排渣面积直接影响钢水处理的可靠性,作采用水力学模型实验对300t钢包底吹排渣效果进行了研究,主要考察了底吹气体流量和顶渣层厚度对排渣效果的影响,同时测试了底吹位置对排渣直径的影响程度,结果表明：底吹气体流量和渣量对排渣效果有显影响。     

VD精炼过程溢渣的控制

针对某厂230tVD炉投产初期溢渣严重的问题,分析了VD精炼过程溢渣的原因,提出从改善钢包净空、控制精炼渣量、确保底吹流量、调节抽气过程真空度以及顶渣成分等方面控制精炼渣发泡,从而改善VD精炼过程溢渣的情况。结合现场实践,分析了精炼渣化学成分的控制。调整后的渣系发泡情况较调整前有了明显改善,VD精炼过程溢渣问题得到了有效控制。     

150t钢包双孔底吹的水模型研究

为研究钢包的双孔底吹气量对钢包混匀时间、波高及卷渣和渣眼形成的影响,优化底吹工艺,以国内某厂 150 t 钢包为原型建立了钢包物理模型,模拟现场底吹工艺,综合混匀时间、波高及卷渣和渣眼的变化规律分析得到较优底吹气量。 结果表明,底吹气量越大,混匀时间越短,当底吹气量从 0.6 m³/h 增加至 1.2 m³/h 时,混匀时间大幅度缩短,瞬时波高及波动较小,之后随底吹气量的增大,混匀时间减少,速率变缓慢,而波高大幅度增长;临界渣眼的底吹气量和临界卷渣底吹气量不同,随着底吹气量增大,渣眼面积和卷渣深度均变大。 综合分析表明,实际底吹气量选择1.2 m³/h 较为合适,在波高、渣眼面积、卷渣增加不明显的情况下,大幅度缩短了混匀时间。     

精炼钢包底吹氩性能优化物理模拟研究

以天钢120 t LF为原型,在相似原理的基础上,通过水模型试验,研究考察了底吹氩量对出钢过程及吹氩 精炼过程钢液混合效果的影响,对精炼钢包内的渣金卷混行为进行了研究,并考察了不同操作工艺参数（时间、吹 氩量）对钢包内夹杂物去除的影响规律,进而对原工艺的改进提供了依据。     

CAS精炼钢包中气泡运动行为研究

研究了钢包中心底吹和偏心底吹时熔池中的气泡运动行为,并对其进行了分析.对于中心底吹,气泡垂直上升;对于偏心底吹,气泡流有向钢包中心偏移的现象,其偏移程度与底吹气量和底吹位置有关,在实验室设计的气量下气泡偏移量随着气量的增加而增加,在现场可考虑的底吹位置范围内,气泡偏移量随着底吹位置偏心程度增加而增加.冶金工业生产中CAS钢包精炼中气泡偏移现象严重影响了浸溃罩寿命和CAS精炼的效果,针对气泡偏移的事实,为了提高CAS精炼效果和浸渍罩的寿命,提出CAS精炼工艺中浸渍罩放入位置应向钢包中心偏移,偏移程度应根据实际情况而定.     

40t钢包底吹优化物理模拟研究

通过建立相似比为1∶3钢包物理模型及与原型相同孔隙率的透气砖模型,研究不锈钢偏心吹氩工艺;对钢液混匀时间、钢液面流速及渣眼等软吹工艺参数进行优化。试验结果表明,钢液混匀底吹气量在103.1 L/h(现场流量2.1 m3/h)以上时,混匀时间比达到50%以上。钢液表面流速表明在液面隆起边缘处(渣眼边缘)容易发生卷渣。渣眼直径受到吹气孔位置影响,底吹气孔越靠近钢包包壁,渣眼直径越小。距圆心1/2R及2/3R处进行软吹搅拌,可保证渣眼面积比分别小于12.4%及10.5%。优化后的钢包流场可以有效减少静吹氩过程中产生的二次氧化现象。