不同侧吹参数下RH内气液两相循环流动模拟研究

通过建立包括真空室、浸渍管、钢包的180 t RH气液流动三维物理数学模型，采用VOF两相流模型和应用FLUENT软件进行数值模拟研究了侧吹氩气喷孔布置方式及吹气量对RH内气液两相循环流动的影响。分析了喷气孔单层布置和双层交错布置对喷气流量和上下层间距对上升管出口截面含气率、上升管和下降管出口速度以及循环流量的影响。结果表明，氩气在上升管内贴壁上升，并携带钢液向上运动，沿着运动方向管内截面含气率逐渐增加，在出口截面处含气率达到最大；上升管出口截面含气率越小，上升管出口和下降管出口截面中心速度越大，循环流量越大，均混时间越短；喷气管双层布置、减小间距、增大吹气量，有利于循环流量的提高和均混时间的缩短。     

RH精炼循环流量优化的水模型研究

以70 t钢包RH精炼装置为原型建立了1:3.27水模型,用流速法测量RH循环流量。分析了实际工艺条件下钢水的RH循环流量以及上升管吹气量、吹气孔内径、吹气孔高度、浸渍管插入深度等参数对RH循环流量的影响,并得出优化工艺参数。70 t钢包RH精炼实验结果表明,当上升管吹气量1 200 L/min,吹气孔内径3 mm时,轴承钢平均[O]比原工艺降低3×10^-6;超低碳钢碳含量可降低到0.002%以下,脱碳时间比优化前明显减少。     

RH真空精炼过程循环流量的水模型研究

建立了钢厂250 t RH真空精炼装置1/4的水模型,研究浸渍管内径(520～750 mm)、驱动气体流量(1 000～3 000 L/min)、浸渍管浸入深度(525～800 mm)和真空室压力(0～25 kPa)等参数对RH循环流量的影响。结果表明,随驱动气体流量、浸渍管浸入深度增加、浸渍管内径增大以及真空室压力减少,RH钢水循环流量增加;为获得较大流量,浸渍管浸入深度应≥560 mm,真空室液面高度应≥200 mm。得出循环流量的回归方程,通过对钢厂250 t RH设备工艺参数作相应调整后,RH装置的生产效率明显提高。     

RH工艺及吹气孔堵塞对钢液混匀的影响

以某厂210tRH为原型,建立模型与原型尺寸比为1：4的物理模型。测量了不同吹气量、不同浸渍管插入深度及不同真空室液位高度等操作工艺条件下的混匀时间,讨论了吹气孔堵塞对RH混匀的影响。结果表明：当吹气量大于800L／min、浸渍管浸入深度大于560mm、真空室液位高度大于315mm、吹气孔堵塞不大于3个时均有利于RH钢液混匀。在试验基础上对现场操作工艺进行改进,提高了RH精炼效率。     

不同浸渍管参数下RH装置内钢液流动行为

采用均相流模型考察了不同浸渍管参数对RH装置内流场的影响.数值结果表明,偏心移动浸渍管时,在真空室底部、真空室及钢包钢液表面的下降管处发现较大的漩涡,但对循环流量影响较小;减小浸渍管间距,真空室左侧壁面的回流增强,循环流量减小;减小浸渍管插入深度,循环流量增大.在RH设备设计中,在不发生钢渣卷混的前提下,尽量减小浸渍管插入深度或增大浸渍管间距可提高钢液循环流量.     

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。     

RH喷粉脱硫工业试验研究

对RH喷粉脱硫原理进行了详细分析,并指出移动脱硫在整个脱硫过程中的重要作用,提出可以通过增加钢液中脱硫剂量和延长脱硫剂在钢液中停留时间两方面提高RH脱硫效率。并通过工业试验优化了RH喷粉枪位和脱硫过程中驱动气体流量,研究发现最佳RH喷粉枪位为1.3 m,脱硫过程中的最佳驱动气体流量为50 m3/h。优化后的RH工艺满足了生产要求,能够将钢液中的硫质量分数稳定控制在15×10-6以内。     

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.     

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。     

RH脱硫工业实践

通过研究选择适合的RH脱硫剂及相关工艺参数控制,RH脱硫剂的脱硫效率平均为30%,达到了较好的脱硫效果。试验炉次T[O]和[N]也控制较好。试验发现钢包进站顶渣的（FeO＋MnO）含量控制在12%以下,脱硫效果较好;增大脱硫剂中CaO含量有利于脱硫。试验中存在RH插入管、真空室底部及钢包内衬耐火材料的侵蚀较为严重的问题,需选择碱性耐火材料。     

RH精炼过程钢液流动行为与循环流量数值模拟

以某厂300 t RH-MFB工艺参数为基础,建立了整体RH装置的三维数学模型,探讨影响钢液循环流量的因素.用双流体模型处理气液两相流,分析了相同真空度条件下吹氩流量、浸渍管深度、吹氩喷嘴排布等因素对钢液流场和循环流量的影响.结果表明:吹氩流量在4 000 NL/min以下时,循环流量随吹氩流量增加而提高;在一定范围内适当增加浸渍管插入深度有利于提升循环流量;吹氩喷嘴上下交错排布比上下一致排布更合理.     

RH喷粉脱硫工艺物理模拟研究

基于相似原理建立了比例为1∶2.8 RH喷粉脱硫物理模型,通过物理模拟的方法,用液态油代替脱硫剂,用水代替钢液,模拟脱硫剂在钢液内的运动,研究了驱动气体流量对钢液循环流量的影响和脱硫剂在钢液中的运动规律。在工业生产中根据实验分析结论进行了试验,得到了现场最佳脱硫效果的驱动气体流量。     

210t RH浸渍管内钢液流动机理的水模型实验研究

采用1:4的比例建立水力学模型模拟210 t多功能RH浸渍管内钢液流动装置,对钢液流态进行分析,并考察吹氩量、浸渍管插入深度及吹氩孔个数对钢液流场和混匀时间的影响.结果表明:钢包内存在一主回流和大量小回流,并且来自下降管的下降液流和其周围液体形成了液-液两相流,这种流动状态对钢包内的混合及传质起着决定性的作用;本文得到的关于RH钢包内液体的这种流动状态,否定了RH过程的早期研究中关于下降管和上升管间存在\     

RH底喷粉精炼过程数值模拟研究

RH真空槽底喷粉精炼将脱硫粉剂直接喷入钢液,冶金反应程度高,终点元素含量稳定,能够完成高品质钢的炉外精炼任务。对RH底喷粉过程进行数值模拟研究,探究底喷粉过程的粉剂行为及对钢液流场的影响规律,优化喷嘴布置方案,旨在推动该技术的工业化应用。研究结果表明,180°喷嘴布置方案(即下降管侧喷吹,简称方案2)的钢液环流量比0°喷嘴布置方案(即上升管侧喷吹,简称方案1)增加1.8 t/min(增量比例为1.4%);方案2的钢包最下端钢液粉剂浓度比方案1高0.2～0.9 kg/m³(增量比例为6.7%～81.8%);方案2条件下,钢包内钢液流动死区的粉剂浓度随喷嘴布置高度的降低而降低。结合粉剂收得率,确定方案2喷嘴布置高度为300 mm,此时粉剂收得率较方案1提升2.59%。     

RH真空室熔池和钢包内钢液整体流场的数学模拟

应用 N- S方程、k- ε双方程模型及两相区结构模型对 RH真空室熔池和钢包内钢液流场进行数值计算 ,为进一步计算浓度场和温度场奠定了基础 ,并解释了一些工艺现象。另外还用该模型计算了 RH内钢液的循环流量 ,给出了最佳氩气喷吹量     

单管RH精炼过程钢液流场的水模型实验

采用物理模拟方法对单管 RH 真空精炼过程流场的循环流动、混合特性等进行了研究,建立与 RH 真空精炼装置原型相似比为1∶5的水模型,研究了不同工艺参数对单管 RH 装置内钢液循环流动的影响。对比实验测量数据发现,增大吹氩量和浸渍管插入深度以及浸渍管有效横截面有利于提高循环流量,减小均混时间;在相同的实验条件下,椭圆形浸渍管 RH 比传统浸渍管 RH 的循环流量要大15％以上,单管 RH 的均混时间比传统RH 可以缩短20％;单管 RH 钢包底部吹氩位置位于距钢包中心0.4R(R 是钢包半径)处时,均混时间最短。     

130 t单嘴精炼炉真空室内覆盖脱硫渣的钢液流场数值模拟

用Fluent软件和VOF模型模拟了130 t单嘴精炼炉内覆盖脱硫渣时钢包底吹氩流量(150～450L/min)和吹氩位置(中心至3/4浸渍管半径)对钢渣界面平均速度的影响。结果表明,吹气位置为1/2浸渍管半径(R)处最合理,钢渣界面平均速度随吹气流量的增加而增加,当流量一定时吹气位置为1/2R时界面平均速度最大;吹气位置﹥1/2R时才会对界面上渣相体积分数变化有显著影响。     

145 t RH真空精炼装置内钢液循环流动特性的水模型研究

基于相似原理,建立几何相似比1:7水模型研究了145t RH真空精炼装置内钢液循环流动行为,研究了提升气量(60~140 m³/h) 、浸渍管浸渍深度(400~600 mm) 、真空室液面高度(426~526 mm)对钢水循环流量和混匀时间的影响。结果表明,循环流量随提升气量增加而增大且呈近似线性关系,混匀时间随提升气量增加而呈非线性减小;500 mm的浸渍管浸渍深度和526 mm的真空室液面高度下均出现较理想的循环流量;130 m³/h提升气量、600 mm浸渍管浸渍深度和526 mm真空室液面高度可获得最佳循环流动特性。     

弓形浸渍管RH混合传质均匀性的数值模拟

为了提高RH系统真空精炼的效率,采用了一种新型弓形浸渍管RH装置.通过欧拉-欧拉方法对弓形浸渍管RH装置进行了数值模拟,计算了循环流量、均混时间、真空室液面流速分布、真空室内传质均匀性、真空室内RTD和钢包内RTD,并与传统RH进行对比.结果表明,在实际生产条件下,弓形管RH的循环流量比传统RH增加了91％～99％,均...     

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。