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。     

钢包出钢阶段吹氩搅拌去除夹杂物的模拟研究

针对钢包出钢过程建立了钢液-渣相-气相-氩气泡-夹杂物的五相数学模型，探索了钢包出钢过程中吹氩搅拌去除夹杂物的可行性，以及吹氩流量对流场、渣眼、夹杂物去除效率的影响规律。结果表明：吹氩搅拌可强化浇钢过程中钢液的流动行为，显著提升夹杂物的去除率。相较于未采用吹氩搅拌，当吹氩流量为100 L/min、出钢750 s时，夹杂物的去除率由80.74%提升至96.69%，流入中间包夹杂物的数量减少67.4%；随吹氩流量增加，渣眼尺寸增大，夹杂物去除速率增加，但去除效率变化不大，推荐吹氩流量为100 L/min。     

基于钢包底吹氩的RH真空处理过程中钢水行为及夹杂物分析

钢包底吹氩对钢水的运动、氩气泡在钢水中的迁移及夹杂物去除有重要影响。基于Fluent模拟软件建立了RH真空处理过程中钢包底吹氩的数值计算模型,对RH真空处理过程进行模拟分析,并对此模式下的钢水夹杂物尺寸及分布进行了取样分析。结果表明,RH真空处理过程中钢包底吹氩能有效增加钢包内钢水的流动速度,并减少钢包内部死区占比,同时,在一定程度上促进夹杂物的长大和上浮。另外,过大的钢包底吹氩气流量不但无法促使长大的夹杂物上浮被吸附,甚至还会导致钢水被二次污染。数值模拟及现场取样分析表明,RH真空处理过程中需采用适当的氩气流量钢包底吹氩操作,同等条件下,流量取值以5 m³/h为宜。     

钢包底吹氩工艺改进实践

通过建立模型,对比分析在LF精炼不同阶段、不同氩气流量条件下去除夹杂物的工艺效果。结合生产实际情况,对LF精炼送电加热、合金化、增碳、脱硫、软吹期间的氩气流量进行了调整,调整后的数据显示钢水中夹杂物被充分去除,且环流搅拌效果较好,从而取得较好的精炼效果,提高钢包底吹氩气利用效率和钢水夹杂物控制水平。     

钢中夹杂物去除技术的进展

钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术的主要进展有:气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法;电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动;渣洗技术;过滤器技术。文中分析了各种夹杂物去除技术的冶金功能,将不同夹杂物去除技术进行合理组合,实现多功能精炼,可取得最佳冶金效果。     

底吹钢包用圆孔透气砖冶金效果的水模型

采用水力学模型方法对钢包底吹氩工艺进行了实验研究,对比分析了圆孔型透气砖与狭缝式透气砖对冶炼效果的影响,并研究了圆孔透气砖的孔角和孔径对混匀时间、夹杂物去除率和渣眼面积的影响规律.结果表明:当吹气流量相同时,使用圆孔斜通透气砖时,钢包的混匀时间、夹杂物去除率和渣眼面积均优于狭缝式透气砖;相比于圆孔直通透气砖的钢包,使用圆孔斜通透气砖的钢包混匀时间更短,去除夹杂物效果佳,但渣眼面积略大;对于圆孔斜通透气砖,其孔径越小,钢包混匀时间越短,夹杂物去除率越高,渣眼面积越小.     

钢包底吹氩中非金属夹杂物分布的水力学模拟

 为了研究夹杂物在不同工艺参数条件下以及其本身性质对夹杂物去除的影响,确定最优的底吹参数和夹杂物分布规律,通过水力学模拟试验,利用高速摄像仪和专业的图像处理软件（Image Pro Plus）研究了某钢厂60 t精炼炉吹气量、时间、粒径大小对夹杂物的去除影响以及在不同高度上夹杂物的空间分布规律。结果表明,钢包底吹过程中,吹气时间对夹杂物的去除影响规律相同,14 min时夹杂物基本去除,流量为0.08 m3/h,去除率最高;200～355 μm的夹杂物比105～150 μm的微型夹杂物更容易被去除;夹杂物在气液两相区的数量分布比其他区域少,且特征尺寸较大,在距离透气砖较远的底部存在一个弱流区,此区域夹杂物的密度较大,不易去除。     

中间包吹氩去除钢水夹杂物

通过现场实验,研究了中间包吹氩位置和氩气流量对钢水洁净度的影响,重点探讨了在注流区吹氩对钢水洁净度的影响.结果表明:在T型中间包注流区内进行合适流量吹氩可提高钢水洁净度,在浇铸区拐角处和塞棒附近吹氩对钢水洁净度没有明显的影响;在注流区内吹氩,合适的氩气流量为6L·min-1,与不吹氩相比,钢中总氧降低率和夹杂物的去除率均可提高10%左右,但15L·min-1的大流量吹氩将会显著增加钢中总氧和大型夹杂物数量.分析认为:注流区内大的湍流强度可将氩气泡击碎成弥散小气泡,大量小气泡在钢液中上浮,不但提高了气泡捕捉夹杂物的概率,而且增加了夹杂物之间的碰撞机会,其结果是增大了夹杂物的粒径,促进了夹杂物的上浮去除;同时,注流区离水口距离最远,在注流区吹氩,碰撞长大的夹杂物有更长的时间上浮排出.以上两个因素的共同作用,使得在注流区吹氩对去除钢水夹杂物有显著效果.     

应用合成渣洗工艺冶炼硬线钢的分析与讨论

硬线钢的冶炼在转炉出钢后采用LF精炼来控制钢水品质,是一种较为成熟的冶炼工艺,钢的洁净度能满足硬线钢品质的要求,但该工艺冶炼周期长、成本高。为了最大限度降低硬线钢生产成本、提高生产率,提出了采用合成渣洗工艺冶炼硬线钢。本文介绍了硬线钢的成分以及夹杂物的尺寸、分布、形态的要求,探讨了合成渣洗工艺中通过造合适的精炼渣、钢包底吹氩、喂线等手段控制硬线钢的成分、夹杂物性质以及夹杂物的去除。合成渣洗工艺能实现夹杂物的塑性化及去除夹杂物,应用合成渣洗工艺冶炼硬线钢理论上是可行的。     

钢包炉吹氩与夹杂物去除

为了掌握钢包炉的冶金功能和去除夹杂物的规律,分析了钢包炉的精炼功能和精炼过程中钢液的流动行为及其对夹杂物去除的影响。探讨了钢包炉吹氩时夹杂物颗粒的去除效率与搅拌功、均匀混合时间、氩气泡直径、夹杂物直径、透气砖数目、吹氩流量及吹氩时间之间的关系,提出了合理的钢包炉底吹氩制度,以满足钢液精炼的要求。     

Numerical modelling of the transport and removal of inclusions in an industrial gas-stirred ladle

A full-scale, three-dimensional, transient CFD modelling approach capable of predicting the three-phase fluid flow characteristics and the inclusion removal in a gas-stirred ladle was developed. The comparison with experimental data indicates that this model can accurately predict the multiphase fluid flow and slag eye behaviour. The transport and removal of the inclusions in the gas-stirred ladle were predicted by tracing the movement of individual inclusions through computing their particle trajectories and considering a fluctuant top slag layer. The effects of inclusion size, gas flow rates, and injected bubble diameters as well as various removal mechanisms including slag capture, bubble attachment, and ladle wall adhesion on the removal of inclusions were investigated. It is shown that the slag capture is the prevailing mechanism for inclusion removal and the gas flow rate is the most important parameter for enhancing the inclusion removal efficiency.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

120 t钢包底吹氩气物理模拟

为了优化国内某钢厂钢包的底吹位置和气体流量等工艺参数,更好地提高钢水洁净度,对120 t钢包建立1∶3水模型,模拟研究了底吹位置和气体流量对钢液混匀时间和钢渣覆盖情况的影响。结果表明,底吹位置不同时,混匀时间存在明显差异;随着气体流量增大,钢包混匀时间整体呈下降趋势,但减小幅度越来越小,吹气流量有最佳值;底吹位置为0.4R-0.6R,气体流量为500~700 L/min时,混匀时间由大到小的双孔角度为双孔135°＞双孔90°≥双孔120°;相同吹气量条件下单孔透气砖布置比双孔透气砖引起的钢渣卷入深度更大,深度差距基本为20~70 mm,而引起的渣眼面积大小则为双孔大于单孔。综合考虑混匀时间和钢渣覆盖情况,最优的透气砖布置和工况参数为双孔120°-0.4R-0.6R、气体流量500~600 L/min。     

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。     

Mathematical Modeling on Erosion Characteristics of Refining Ladle Lining with Application of Purging Plug

According to parameters of the refining ladle with argon bottom blowing, the mathematical model describing the erosion behavior of ladle lining materials was established, the flow process of molten steel and thermal transmission of ladle lining were coupled, and the erosion of ladle lining in the condition of blowing argon at the bottom was researched. It has been found that either single or double blowing is applied, the larger erosion rates are mainly distributed in the slag line and the area of ladle lining near purging plugs, and the erosion is accelerated with the gas flow rate increasing, so the areas with higher erosion rates of the lining should be enhanced to avoid early partial damage. The erosion rate of ladle lining with double blowing is larger and the distribution of erosion is obviously different as the gas flow rate is increasing; serious erosion areas are in the slag line region and the higher erosion areas are concentrated on the slag lining and extended toroidally. And, as the distance between the purging plug and the lining of ladle is shortened, the partial erosion is easy to deteriorate and the refractories in the area with higher erosion rate need specialized selection and design. Meanwhile, the purging plug should be located away from the lining wall under the condition of good blowing effect in order to avoid increasing of the partial erosion and shortening of the lining service life.