钢包底吹氩搅拌卷渣机理的研究

本文针对炼钢工业中广泛采用的钢包底吹氩搅拌工艺,定性描述和定量研究了钢包卷渣现象的过程和机理,推导出了发生卷渣现象的临界界面流速和破碎颗粒的大小,为在实际生产中严格控制吹氩制度打下了理论基础。     

钢包底吹氩卷渣临界条件的水模型研究

以钢厂70t钢包为原型,建立模型与原型尺寸比为1:2.75的水模型。通过水模型实验对钢包临界卷渣吹氩量进行测量,得到临界卷渣气量是450 L/min。实验测量不同吹气量下钢包液面水平流速,分析水平流速与钢包卷渣的关系,得到钢包临界卷渣的液面流速为0.652m/s、韦伯准数为6.967。讨论了采用临界卷渣韦伯准数计算临界卷渣液面流速,通过测量达到临界卷渣液面流速时的吹氩量,来确定临界卷渣吹氩量的方法。     

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。     

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。     

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。     

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。     

100t钢包底吹氩混匀时间与卷渣水模拟

基于相似原理,按照1∶4对某钢厂100 t底吹氩钢包建立水模型,研究不同底吹位置、吹氩流量对混匀时间和卷渣行为的影响。研究表明:单喷嘴底吹氩,喷嘴位于钢包底部中心0.5R(钢包半径)至0.65R位置时的混匀时间较短;双喷嘴距钢包底部中心0.5R,夹角为180°时的混匀时间较短;相同流量下,单吹混匀时间稍低于双吹;为减轻包壁的侵蚀,喷嘴距包底中心距离最好小于0.65R。在试验条件下得出的最佳吹氩流量是426 L/min,单吹临界卷渣流量为142 L/min,双吹临界卷渣流量为213 L/min,有利于渣钢界面反应的流量应大于284 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.     

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。     

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）。