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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

100t钢包吹氩工艺优化数值模拟研究

通过数值模拟,研究了100 t钢包在LF精炼过程中底吹氩气流量对钢包内钢液流动特性、"渣眼"面积及活跃区比例的影响.结果表明,在一定范围内,增大吹氩量有利于增大"渣眼"面积,强化钢水运动,缩小"死区"体积比例,有利于脱硫反应的进行.但当吹氩量超过临界值时,"死区"体积比例缩小幅度降低.100 t钢包最佳吹氩量为300 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。     

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。     

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。     

底吹氩钢包内渣-金反应及脱硫行为的数值模拟

为了提高底吹氩钢包脱硫效率,建立了CFD-SRM耦合模型描述底吹氩钢包内渣-金反应及脱硫行为,考虑了钢包内底吹引起的湍流流动和渣圈中氧气吸收及氧化反应等因素对渣-金反应动力学的影响规律,通过80 t钢包热态试验验证了数学模型,并揭示了不同吹炼制度对底吹氩钢包脱硫效率的影响规律,得出合理的优化参数。结果表明,气液两相流对组分质量传输速率和脱硫效率有着重要影响,CFD-SRM耦合模型可以准确预测底吹钢包内的渣-金反应和脱硫行为,钢包双孔喷吹的脱硫效果对单孔中心和偏心布置更优。随着渣-金高度比的增加,脱硫效率增加,当渣钢高度比超过0.04时,脱硫效率变化很小;随着底吹流量的增加,脱硫率先增大后减小,但当底吹流量超过300 L/min(标准态)时,钢液脱硫率开始降低。     

氩气流量对100 t 底吹钢包内渣眼形成影响的数值模拟

通过建立的氩气底吹钢包三维非稳态三相流动数学模型以及Fluent软件和Simple算法研究了钢包精炼底吹氩过程保护渣的流动特性,并分析了喷嘴直径0.1 m时200~3500 L/min喷气量对渣眼尺寸、渣层运行的影响。结果表明,随喷气量增大渣眼增大,当氩气流量为400~2000 L/min时渣眼大小和钢包内流场分布较合理,有利于精炼;随渣层厚度增加,渣眼减小,但渣厚超过200 mm时,渣层厚度的增加对渣眼大小影响不显著。     

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）。     

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。     

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。     

钢包渣处理技术和底吹氩参数优化

在钢包中加入精炼渣可使钢包渣中Σ（ＦｅＯ＋ＭｎＯ）≤２．６４％,碱度平均提高１．２１;钢包底吹氩参数控制在流量８￣１２Ｎｍ＾３／ｈ,吹氩时间大于５ｍｉｎ时,可使钢水中Ｔ（Ｏ）含量平均降低２５．８８％。     

钢包软吹氩对钢中夹杂物去除效果的研究

针对首秦公司炼钢厂100 t钢包进行了钢包底部软吹氩工艺对钢液中夹杂物去除效果的研究。结果表明,在软吹氩前钢中平均总氧质量分数为16 10-6,钢液中夹杂物尺寸基本在20μm以下的条件下,80~110 L/min的软吹氩气流量、15 min以上的软吹氩气时间可以有效地去除钢液中的非金属夹杂物,钢中夹杂物洁净度指数可保持在0.97以上,而软吹氩气流量大于120 L/min或小于60 L/min时夹杂物洁净度指数都比较低,表明钢液中夹杂物没有得到有效去除。     

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。     

钢包软吹过程优化数学模拟和工业试验研究

采用Eulerian-Lagrangian法对100 t钢包吹氩过程进行模拟计算,对不同吹氩流量下的钢包流场、气泡运动、液面形态和夹杂物去除进行了数学计算。优化结果表明,在当前的钢包条件下,吹氩流量为100～200 L/min时,渣眼裸露面积较小且夹杂物有较好的去除效果。此外,还对钢包软吹过程数学模拟结果进行了工业试验,在吹氩流量为150 L/min时,软吹前期钢水中大尺寸夹杂物上浮去除明显,软吹10 min可以有效提升钢水洁净度水平。     

LF钢包流场数值模拟及应用

应用Fluent软件对某钢厂80t精炼钢包流场进行数值模拟,分析了不同透气砖布置和不同氩气流量对钢包流场及钢液混匀效果的影响。结果表明,底吹氩钢包透气砖采用0．5R-0．67R-60°的布置方式可以减少卷渣,减少混匀时间。应用表明,改造后的钢包缩短钢液混匀时间10s,软吹10min后夹杂物总量减少1800个（50个视场）,明显提高了精炼效果。