喷吹钢包中渣金卷混现象的数学模化及其应用

本文通过势流理论,对喷吹钢包中渣金界面的接触状态进行理论分析,建立了渣金卷混过程的波前离散线涡数学模型。对不同喷吹条件下的界面不稳定状态进行了计算和描述。发现韦伯数为描述卷混过程的决定性准数。理论研究结果可以应用于确定钢包吹氩净化的合理工艺参数,推荐合理吹氩量为 100～200 L/min。     

钢包底吹氩搅拌卷渣机理的水模型研究

针对炼钢工业中广泛采用的钢包底吹氩搅拌工艺，在水模型试验的基础上，得出了在不同渣厚下的临界吹氩量的大小；并进一步定量研究了钢包卷渣现象的过程和机理，推导了发生卷渣现象的临界界面流速和破碎颗粒的大小，为实际生产严格控制吹氩制度打下了理论基础。     

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。     

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。     

中间包内吹气与卷渣行为的水模拟研究

以某钢厂中间包为原型,建立与原型尺寸为1∶3的水模型,研究中间包采用气幕挡墙时,流体流动行为及钢渣卷混现象,考察吹气量和气体在流体中行程对钢渣界面的影响规律。研究表明:正常浇铸条件下避免钢液卷渣的临界吹气量在0.14 m3/h,中间包液面出现渣眼的临界吹氩量为0.10~0.12 m3/h,超过临界吹气量后,渣眼加速扩增。     

150 t钢包底吹氩卷渣行为的物理模拟

针对钢厂150 t双孔底吹氩钢包,根据相似原理建立几何比例为1:5的水力学模型,得出对应实际氩流量260~600 L/min时原型钢包及优化后钢包的液面裸露面积及渣钢卷混情况的变化规律和临界卷渣气量。研究结果表明,原型方案下两透气砖分别位于距钢包中心0.64 R和0.76 R处,两孔成90°(0.64 R+0.76 R,90°),临界卷渣气量为550 L/min;对于两个优化方案,双孔分别位于1/3 R和0.64 R,两孔成180°(1/3 R+0.64 R,180°)以及双孔位于0.5 R圆周上,两孔成135°(0.5 R+0.5 R,135°),临界卷渣气量分别为550 L/min与600 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。     

LF双孔底吹优化布置的水模型研究

以国内某钢厂150t LF为原型,通过水模型实验,对钢包原吹氩位置的合理性进行了分析和探讨,对双孔底吹不同底透气砖布置条件下钢包内的搅拌混合行为进行了研究,提出了该厂LF较佳底吹气搅拌位置及吹氩制度,并考察了有顶渣情况下的液面隆起的变化规律.     

连铸结晶器内钢/渣界面波动及卷渣行为的实验研究

连铸结晶器钢/渣界面时常发生卷渣现象,严重影响连铸坯质量.本文通过水模型实验研究了吹氩量、拉速、水口浸入深度对钢/渣界面波动及卷渣现象的影响.利用波高仪采集液面的波动数据,采用高速摄像机捕捉钢/渣界面卷渣时的瞬时图像,重现了剪切卷渣、漩涡卷渣、大气泡卷渣及抽吸卷渣现象.结果表明:随着吹氩量的增大,结晶器液面波动加剧,适当的吹氩量有利于抑制卷渣,本实验中0.8 L/min吹氩量下的卷渣频率最低;随着水口浸入深度的增加,液面波动程度和卷渣频率均呈降低趋势;随着拉速增大,水口附近的波动先减小后增大,窄边附近的波动逐渐增强,卷渣频率逐渐增大.     

基于fulent软件的65t钢包底吹系统模拟研究

以某厂65 t钢包实际生产工艺为研究基础,采用Fluent软件模拟分析了不同底吹结构及工艺参数对钢包卷渣、钢液湍动能及钢包壁面侵蚀率的影响规律。研究结果表明:吹氩量100 L/min为临界卷渣吹氩量,此时渣-金界面钢液速度为0.15~0.20 m/s,小于临界卷渣速度0.229 m/s,不易发生卷渣。底吹夹角180°、底吹中心矩0.6R时钢包内钢液的湍动能分布最合理。数值模拟确定的混匀时间与冷态模拟试验结果基本一致,误差均值在5%以内,证实了数学模拟结果的可靠性。     

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。     

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’。     

120tLF炉钢包底吹工艺优化

针对天钢120LF精炼炉的实际情况并结合水模试验数据,对不同钢包底吹流量的钢液混匀时间、夹杂物去除效果、钢包卷渣的临界流量等进行了研究,制定了钢包底吹流量参数。最终通过引进新的钢包底吹设备使得工艺优化得以顺利完成。取得了良好的效果。     

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。     

钢包卷渣临界底吹流量规律的水力学模拟研究

用水模拟钢水、油模拟钢渣,通过水力模型研究了底吹钢包中的临界卷渣流量.结果表明,临界卷渣流量随渣层厚度的增加而减小,随粘度的增加而增大,通过分析渣-钢界面的速度分布和能量平衡,对以临界流量作为卷渣发生的判定条件的准确性进行了检验.采用因次分析得到了底吹钢包临界卷渣流量的无因次表达式Qcr∝(Δρσ/ρ2s)0.35(μs/μm)0.3(Hs/Hm)-0.42,利用该表达式计算了实际钢包卷渣的临界流量,分析了影响因素,建议110 t钢包进行钢水弱搅拌净化操作时最大底吹流量为QN＝240 L/min.     

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。     

底吹钢包内流动及混合的两相流数值模拟

应用欧拉-欧拉模型建立了钢包内钢液流动及混合过程的数学模型,考察了吹气量对中心底吹及偏心底吹钢包内流场及均混时间的影响。计算结果表明,钢包底部四周为流动缓慢区域;吹气量越大,一方面可以降低均混时间,另一方面会导致钢包自由液面的钢液流速增大,从而容易造成卷渣;从缩短混合时间,提高生产效率考虑,偏心底吹更为有利。