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）。     

底吹氩钢包内钢液流动与合金扩散的数值模拟

运用商业软件Ansys-Fluent,建立了1t钢包底吹氩与合金熔化扩散数值模型,其中钢包吹氩模型通过Wood′s Metal物理试验验证,吻合很好。研究采用数值模拟与现场试验相结合的方法分析了钢包内流场与合金加入的位置及方式对合金在钢包内扩散的影响。结果表明:260L/min吹氩流量过大,且吹氩时间过长(120s),建议使用100L/min的吹氩流量,加合金前吹氩时间30s,使Al块熔化与混均,保护合金,加合金后吹氩30s,降低合金的烧损。合金采用加入棒固定,在吹氩口上方加入后保持3~5s,熔化时间能由6.2s降低至2.0s,混匀时间能由35s降低至23s。另外,在降低烧损的同时,减少吹氩量和温降,起到节能减排的作用。     

180t钢包底吹氩过程钢液流场特性数值模拟

为增强钢厂180 t钢包底吹氩过程搅拌效果,根据模型设计参数建立了底吹氩数学模型,运用CFD软件fluent对钢包底吹氩过程流场进行数值模拟.基于流体力学理论,计算并分析了底吹氩过程中心间距1/3R,1/2R和2/3R和底吹氩气流量300～1000 L/min对钢包内流场、"死区"比例及混匀时间等的影响规律.结果 表明...     

浇注钢包环出钢口多孔透气塞吹氩去夹杂行为数值模拟

针对浇注钢包环出钢口多孔透气塞吹氩去夹杂工艺，以国内某钢厂130 t钢包为研究对象，建立VOF-DPM耦合数学模型，考察了浇注吹氩条件下钢液流场的发展过程以及余钢高度、吹氩流量、透气塞堵塞个数对钢包浇注过程夹杂物去除的影响规律。结果表明，浇注初期，随吹氩时间增加，气液两相区逐渐增大，钢包水口上方的2个循环流逐渐变大，当吹氩时间为12 s时，钢包内形成稳定的气液两相流；随余钢高度的降低，夹杂物的去除率逐渐增加，但当余钢高度从500 mm降至250 mm范围内时，夹杂物去除率增幅变缓；随吹氩流量的增加，夹杂物去除率存在2个局部最优点(30 L/min和60 L/min),在这2个局部最优吹氩流量前后，夹杂物的去除率均呈先增大后减小的趋势；与未堵塞相比，堵塞1个透气塞时，夹杂物的去除率相差不大，而堵塞2、3个透气塞时，夹杂物去除率下降明显。研究结果可为该工艺实际应用提供理论指导。     

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。     

100 t底吹氩钢包插入浸渍管对钢液流场影响的数值模拟

以100t单孔底吹氩钢包为原型,应用三维连续性方程、动量N-S方程及湍流κ-ε双方程模拟了底吹氩过程中钢包内的钢液流动状态。利用Mixture多相流模型对单孔吹氩（0~700 L/min）过程进行数值模拟,对比分析插入直径691.05 mm,深650 mmn浸渍管前后钢包内的流动状态和钢液表面的卷渣。结果表明,无浸渍管时,临界卷渣吹气量为102 L/min,插入浸渍管后,临界卷渣吹气量增大到217 L/min。插入浸渍圆筒可以在增加吹氩量的条件下提高钢液搅拌效果,加速钢液混匀。     

150t 钢包底吹氩喷嘴布置优化的水模型研究

针对钢厂150 t底吹氩钢包于0.2R圆周上成90°布置的双孔吹氩,钢水成分和温度均匀性较差的问题,进行了几何相似比1:4,双孔吹氩位置0.2~0.8 R,夹角45°~180°。吹气量54.6~491.4 L/h(相当于150 t钢包吹气量50~450 L/min)的水模型试验。试验结果表明,最优方案为双孔半径0.6 R圆周,夹角180°,每孔流量382.2 L/h(相当于150 t钢包350 L/min),混匀时间比原钢包的喷嘴布置减少28.6%。     

100t钢包内混匀时间的水模拟研究

对天津钢管公司100t钢包吹氩搅拌进行水模拟实验,研究钢液在不同吹氩方式和吹氩流量下的最佳混匀时间。通过实验,发现原型钢包吹氩位置和吹氩流量不尽合理,实验后确定合理的吹氩参数是：将吹氩孔设在钢包半径的2／3或0．618处;两吹氩孔间夹角为135°;吹氩流量为150—200L/h（即实际流量为100～130L/min）。     

150 t钢包底吹氩的水模型研究

采用几何相似比1∶4.5的水模型对150 t钢包底吹氩的工艺参数进行模拟试验,研究了喷孔圆周(0.40 ～0.70 R)、同圆周夹角(60°～120°)流量(189～378L/h)对混匀时间的影响,测定吹氩流量与表面流速的关系以及分析了不同流量下的卷渣现象.结果表明,最佳的底吹方案是120°夹角,0.7R双孔同圆周,流量378 L/h(对应实际流量600 L/min);最佳喂线位置为0.4R;软吹时临界卷渣流量为110 L/h(对应实际流量175 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。     

透气砖布置和吹氩流量对钢包内钢液流动行为的影响

针对攀钢200t钢包,采用物理模拟与数值模拟相结合的方式,研究了透气砖布置方式和吹氩流量对钢液流动行为的影响规律。结果表明,当两透气砖呈120°布置在距包底中心0.62R(R为包底半径)处时,钢液的平均流速和平均湍动能大,"死区"范围小,混匀时间短,是合理的透气砖布置方式,其临界吹氩流量为27m3/h;与单透气砖相比,双透气砖喷吹的能量利用率高,"死区"范围小,单透气砖的吹氩流量需控制到45m3/h才能达到与双透气砖吹氩流量为27m3/h时相同的搅拌效果。实践证明,研究得到的透气砖布置方式和吹氩流量能保证熔池的搅拌效果,使转炉钢水经吹氩处理后,钢包不同位置温差小于10℃,Δw[C],Δw[Si],Δw[Mn]小于0.03%;在一定的软吹氩流量条件下,吹氩时间大于等于8min,可以使钢中wT[O]小于25×10-6。研究表明,用离散相模型对钢包底吹氩过程进行数值模拟,可以得到与物理模拟试验和生产实践较为吻合的结果。     

转炉底吹供气方式对熔池混匀效果的数值模拟

通过数值模拟的手段,以北方某钢厂300 t转炉为原型,建立了转炉底吹的三维模型。研究了在非均匀供气制度下转炉底吹氩气对转炉混匀效果的影响,优化了设计方案。结果表明,随着底吹氩气流量的增加,熔池内平均流速和平均湍动能均增加,弱流区比例减小,但死区比例降低的幅度不大。单个透气砖氩气流量为440 m3/h时,流量分配比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的平均速度分别0.189、0.204、0.167和0.168 m/s,死区比例分别为17.5%、11.60%、23.53%和20.23%。流量分配比为2∶1时转炉混匀效果最好,1∶1时次之,4∶1时再次,分配比为3∶1时混匀效果最差。     

钢包内气泡的形成与运动过程的数值模拟

 以钢包精炼底吹氩气过程中氩气泡为研究对象,运用VOF模型追踪氩气与钢液的界面,在层流条件下三维数值模拟了氩气泡的生成和运动过程。采用Tecplot进行模拟结果的后处理,研究了不同气体流量条件对气泡脱离直径的影响以及气泡的运动特性。模拟结果显示,氩气泡的形成历经膨胀、脱离两个阶段,气泡脱离直径随着气体流量的增加而增加,针对2 mm直径的孔口,其鼓泡流量上限为1.325 L/min。气泡从孔口脱离后历经近似球形、扁平的椭球形、规则的椭球形和不规则的球帽形的形状变化;气体流量越大,气泡的变形程度越剧烈,气泡位于钢包高度中上部位置时,全部呈现近似规则的球形,不随流量的改变而改变。     

浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺北大核心CSCD

针对浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺,建立了某钢厂130 t钢包三维DPM-VOF耦合数学模型以计算浇注钢包下渣过程,并通过冷态实验验证了该模型的有效性。利用该模型研究了不同偏心率对下渣行为的影响,揭示了该工艺控制下渣的行为规律,并分析了吹氩流量对控制下渣的影响。结果表明,随着偏心率的增大,不同浇注高度下的最大切向速度减小,汇流漩涡临界高度降低。环出钢口四孔透气塞吹入氩气后,气泡流股的汇聚有效地减弱了水口上方钢液的周向旋转速度,大幅降低了汇流漩涡下渣临界高度。4个气泡流股的气液两相流会抑制流向水口钢液的径向流动速度,由排流沉坑引起的下渣也得到明显抑制。随着吹氩流量的增加,下渣临界高度呈降低趋势。就本研究而言,控制下渣的最佳吹氩流量为30 L/min。     

纯氧助燃预热铁包中废钢过程气流特性的数值模拟

低热值煤气铁包内燃烧预热废钢是提高转炉废钢入炉量的有效措施之一。基于标准k-ε湍流模型耦合涡-耗散燃烧模型,针对铁包内转炉煤气纯氧燃烧过程进行数值模拟研究,探讨气流分布特性及其对烘烤效果影响。结果表明,纯氧燃烧时高温气流速度大,从料堆中心进入、边缘排出,换热距离大,可有效提高低热值煤气燃烧的热利用效率;燃烧过程中铁包盖-体间隙存在空气卷吸、烟气外溢现象。通过调整煤气流量或出口负压,可减少高温烟气外溢、调节烟气回收温度,实现废钢烘烤的最佳气流分布和效果。本预热装置出口负压为-50 Pa、煤气流量约为3 500 m3/h时综合效果较佳。     

铝镇静特殊钢B类非金属夹杂物原因分析与控制

对某钢厂复吹转炉→LF钢包精炼→RH真空处理→连铸的冶金流程生产的棒材的超标B类非金属夹杂物通过扫描电镜和能谱进行形貌和化学成分分析,夹杂物主要分为2类,即CaO- Al2O3- SiO2- MgO- (F)系与Al2O3系。通过夹杂物的化学成分和形貌确定超标的B类非金属夹杂物主要来源分别是连铸钢包下渣和连铸过程二次氧化等。通过提高连铸钢包长水口氩封氩气流量、优化长水口“碗口”结构和调整连铸钢包下渣系统灵敏度等方面,棒材的B类非金属夹杂物的平均合格率从93.2%提高到97%以上。     

四流中间包控流装置优化物理模拟

通过中间包物理模拟的试验方法对某钢厂四流中间包进行控流装置优化,优化试验分为挡墙类型优化和挡墙结构优化。结果表明,原型方案流体流动状态很差,导流孔孔径过大易导致短路流现象的发生,死区比例也高达34.16%。优化后的最优方案中Y3死区比例降幅高达33.14%,流体平均停留时间由原型的761.2延长至900.7 s,滞止时间则由32.2延长至76.7 s,优化效果显著,说明最优方案可以显著地提高中间包体积利用率,并改善钢液的流动状态,有利于冶金质量的提高。     

Multiphase modeling of fluid dynamic in ladle steel operations under non-isothermal conditions

A numerical simulation was performed to study the flow pattern, mixing time and open-eye slag pro-duced by argon gas injection in an industrial scale steel ladle under non-isothermal conditions.The liq-uid steel remains 5 min before the injection, and thermal stratification and convective flows were ana-lyzed.Three different sequences in stages employing various argon-gas flow rates were simulated.In the first case, a sequence with the highest flow rates of argon was applied, while in the second and the third sequences, the intermediate and the lowest flow rates of argon gas were used, respectively. For determining the chemistry homogenization, the mixing time was computed and analyzed in all three cases.It was found that the cold steel is located near the walls while the steel with a high tem-perature is accumulated in the center of the ladle above the argon-gas tuyere.The higher and lower flows promote a faster chemistry homogenization owing to the secondary recirculations that are devel-oped closer to the walls.The results from steel temperature drop show a good concordance with plant trial measurements.