100 t底吹氩钢包流场数值模拟及现场实践

为了研究国内某钢厂100 t双孔底吹氩钢包的流场现状，针对此钢包精炼过程流量200 L/min(方案1)和300 L/min(方案2)的钢水流动行为进行了数值模拟与现场实践。结果表明，每个吹氩流股均会在钢包形成两个循环流，分别位于流股与钢包壁之间和两个流股之间；方案2比方案1混匀时间缩短36 s，渣眼平均直径增大 0.055 m，耐火材料侵蚀加重。数值模拟通过现场实践验证了其正确性，为现场生产提供了有效指导。     

80t LF钢包底吹氩行为的数值模拟

在物理模拟的基础上,利用Fluent软件对某钢厂80tLF钢包底吹氩行为进行数值模拟计算,分析了不同喷嘴布置条件下钢包的流场和混匀效果。结果表明:对不同喷嘴布置条件下的流场进行数值模拟的结果与物理模拟结果相吻合,且可以弥补物理模拟不容易得到精确流场的不足;采用两喷嘴分别在距中心0.5R(R为钢包内径)处,夹角45°的布置方案,钢包混匀时间最短,该方案为最优。     

钢包炉电磁搅拌磁场与流场的数值模拟

钢包炉电磁搅拌(electromagnetic stirring in ladle furnace,LF-EMS)是钢包精炼过程中的一种重要的搅拌方式.对某厂90 t钢包炉电磁搅拌器的磁场与流场的数值模拟结果表明,钢液在电磁力的作用下,形成一个大的单一循环流动,钢包内的速度和湍流动能分布均匀.     

120t LF底吹流场优化研究

结合前期水模拟结果,利用FLUENT软件对河北钢铁集团承德钢铁集团有限公司炼钢二厂120 t LF进行了底吹氩气的三相流数值模拟,模拟结果表明:优化后钢包熔池速度与湍动能分别增大了11.8%和18.3%,死区体积减小了33.7%,有利于钢包内熔池的传热、传质以及夹杂物去除等过程。将优化后钢包底吹位置应用于该厂120 t LF,结果表明:T.O去除率提高了5.9%,w(N)降低了6.4%;总夹杂物去除率提高了5.5%;大型夹杂物去除率提高4.9%。达到改善钢包结构,优化钢液流动状态,提高LF精炼的目的。     

40t钢包底侧吹氩工业试验

利用狭缝计Ｍｇ－Ｃ质透气砂进行了５３个４０ｔ包役的底侧吹氩试验，经取样检验表明，底侧吹氩后２０ＭｎＳｉ钢中夹杂物平均去除率为３５．２２％，［Ｏ］去除率为２５．６％，［Ｎ］去除率为９．９７％，其结果明显优于顶吹氩。而透气砖的安放位置、缝隙大小及砖体质量等则对吹氩效果影响甚大。     

钢包底吹氩方式对LF精炼的影响

采用FLUENT大型商业软件和水模拟装置对某厂50tLF炉底吹氩喷嘴的布置方式进行了数值模拟和水模拟研究.分别讨论了单孔、双孔中心对称和双孔轴对称三种底吹氩喷嘴布置方式对钢液混匀时间的影响和钢液表面的卷渣情况.结果表明,在相同的吹氩量下,采用双孔轴对称底吹氩钢液混匀时间最短,在整个钢包内部及表面,钢液流动速度均匀而稳定,基本消除了搅拌\     

40t钢包单透气砖底搅拌流场研究

通过计算机数值模拟与水模拟实验模拟钢包底搅拌情况,研究单吹氩钢包的不同吹气流量、不同吹气位置(0R、0.56R、0.62R、0.67R)与钢包混匀时间、渣眼的相互关系,以达到提升氩气搅拌效率的目的。研究表明,钢包混匀时间随透气砖偏心距的增加而减小,当透气砖位于0.62R~0.67R时,搅拌效果最优;当氩气流量由70 L/h增加至130 L/h时,混匀时间随吹气量的增加而明显减小,当流量超过130 L/h时搅拌效果趋于平稳,对混匀时间影响不大;渣眼面积随偏心距的增加而增大,在喷嘴位置靠近壁面时较大;壁面剪切力随偏心距的增加逐渐向靠近喷嘴一侧壁面的上方集中(即对壁面冲刷最严重的位置),平均壁面剪切力随偏心距的增加呈指数形式增大。     

LF精炼炉混合特性及夹杂物去除的水模型研究

针对某钢厂130 t精炼钢包炉熔池进行水模型实验,在研究混匀时间的同时,选择乳状液作为模拟夹杂物,研究了底吹氩钢包内夹杂物的上浮行为。实验考察指标为混匀时间和夹杂物的去除率。结果表明,底吹气量对混匀时间和夹杂物去除率影响均很显著,综合考虑混匀时间和夹杂物去除率及吹气量对钢液的影响,混匀时间较短,夹杂物去除效果较好,并且对钢液温度及污染影响较小的工艺参数为:双孔吹气,原型吹气量为250 L/min。     

80t LF钢包底吹氩混匀时间的影响因素及分析

以莱钢80 t LF精炼钢包为基础,通过物理模拟,研究了物料加入位置、渣层厚度、电极电弧等对钢水混匀时间的影响,结果表明,物料加入位置应为透气砖正上方处时混匀时间最短;渣层越厚,混匀时间越长,根据现有渣量,确定单孔软吹流量为15 L/min,硬吹流量为90 L/min;电极电弧能增加精炼钢包的混匀时间。     

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。     

底吹氩钢包内钢液流动与合金扩散的数值模拟

运用商业软件Ansys-Fluent,建立了1t钢包底吹氩与合金熔化扩散数值模型,其中钢包吹氩模型通过Wood′s Metal物理试验验证,吻合很好。研究采用数值模拟与现场试验相结合的方法分析了钢包内流场与合金加入的位置及方式对合金在钢包内扩散的影响。结果表明:260L/min吹氩流量过大,且吹氩时间过长(120s),建议使用100L/min的吹氩流量,加合金前吹氩时间30s,使Al块熔化与混均,保护合金,加合金后吹氩30s,降低合金的烧损。合金采用加入棒固定,在吹氩口上方加入后保持3~5s,熔化时间能由6.2s降低至2.0s,混匀时间能由35s降低至23s。另外,在降低烧损的同时,减少吹氩量和温降,起到节能减排的作用。     

中间包控流装置优化的数值模拟及生产应用

以钢液停留时间分布曲线(RTD曲线)为评判标准,利用数学模拟方法,对某钢厂中间包控流装置进行优化设计。结果表明:将原型中间包的挡墙和挡坝间距增大,可以延长钢液平均停留时间,活塞区比例提高了17.15%,死区比例降低了2.2%。目前优化后的包型在现场稳定应用,以管线钢为例,夹杂物合格率提高了5%以上,明显提高了中间包的冶金功能。铸坯大样电解结果表明,优化后的中间包利于夹杂物的上浮去除,夹杂物总量平均为原包型的41.75%。     

外装式钢包透气砖的研制与应用

介绍了武钢-炼钢厂外装式钢包透气砖的研制与应用，实践证明该从气系统安全性高、可靠性好、寿命长、操作简单。     

Numerical Simulation on Fluid Flow in Hot Metal Pretreatment

Basing on the commercial CFD metho d ,several models are adopted to simulate water model. The numerical simulation results are in good agreement with the experimental data of water model under the same experimental conditions. Then the numerical simulation method is presented to investigate the flow field, the vortex on gas-liquid surface and the uniform mixing time in hot metal ladles. This research shows: the vortex depth increases with increasing of immersion depth and rotation speed; Overflow appears in N=120rpm and h=3.2m; the turbulent kinetic energy increases with increasing immersion depth and rotation speed; uniform mixing time decreases with the decreasing of immersion depth and the rotation speed of stirring ; the optimal uniform mixing time is 23.5s on the conditions of N=100rpm and h=3.2m within the allowable range.     

双侧吹气-渣-锍多相流流型演化特性的数值模拟

利用VOF耦合Realizable k-ε湍流模型对双侧吹多相流流型演化进行了数值模拟研究。分析了双侧吹多相流的流型演化过程,气-渣-锍三相间混合最终达到“动态平衡”。确定了平均湍动能和平均气含率方差在表征熔体混合均匀度上具有一致性,同时以平均湍动能和气含率方差为指标,研究了侧吹氧枪直径和倾角对熔体流型演化的影响。结果表明,在一定气量下,氧枪直径决定气流速度,当直径为30 mm时熔池内部搅拌效果较好。氧枪倾斜向下10°和15°时,相较于0°的平均气含率方差和平均湍动能分别降低了24%和提高了8%。     

Transient Flow and Inclusion Removal in Gas Stirred Ladle during Teeming Process

A water model of a typical 150t ladle was designed and constructed to determine the flow characteristics. A kind of organic emulsion was selected to model nonmetallic inclusion particles with the purpose of studying the inclusion removal effect under gas blowing in a teeming ladle. The presented modeling method for inclusion particles in the teeming process is different from those under steady condition. The numerical simulation was performed by using commercial software with the Eulerian‐Eulerian multiphase model applied to a model gas blown through a ladle. The numerical component of this study was conducted aiming at exploring the transient flow characteristics in teeming ladle corresponding to the physical experimental condition. Under the present conditions the authors came to the conclusion that soft gas blowing (2.7～4.0 × 10^?6 m³/s) was favourable to float inclusion particles into the slag layer. It is suggested to end the gas blowing when the drainage percentage reaches 50%.     

CAS-OB钢包内钢水流场和均匀混合时间

采用水模拟方法研究了有、无浸渍罩情况下CAS-OB钢包内钢水的流场,同时研究了底吹气体流量、底吹位置和浸渍罩插入深度对钢水均匀混合时间的影响.研究结果表明:底吹位置、底吹气体流量、浸渍罩插入深度对均匀混合时间有一定影响,并得到了均匀混合时间与底吹气体流量、底吹位置和浸渍罩插入深度之间的关系.