RH-MFB真空精炼过程中循环流量的物理模拟研究

在120 t RH-MFB多功能真空精炼装置1∶5.45比例的水模型上,采用毕托管测定下降管内钢水流速,从而测定循环流量的方法,研究了真空循环精炼过程中钢液的环流特性.考察了该冶金反应器主要结构参数和工艺操作因素,包括插入管内径、驱动气体流量、驱动气体用喷嘴个数及其布置、驱动气体引入位置(气泡行程)、插入管浸入深度、钢水处理容量等对循环流量的影响关系.结果表明,循环流量随插入管内径、驱动气体流量、驱动气体用喷嘴个数、气泡行程、插入管浸入深度的增加而加大.     

弓形浸渍管RH钢液流动行为的物理模拟

为了提高RH真空精炼系统的效率,设计了一种弓形浸渍管结构的RH真空槽。通过水模型试验对弓形和传统圆形浸渍管的RH设备进行了循环流量和均混时间的测定。试验发现:在实际生产条件下,弓形浸渍管RH比传统圆形浸渍管RH循环流量增加100%～180%;均混时间比传统RH减少35%左右。当提升气体流量超过饱和值时,弓形浸渍管RH的循环流量随着提升气体流量的增大而更加明显。弓形浸渍管RH可显著提高精炼效率,具有重要的应用前景。     

RH循环流量水模实验研究

通过物理实验模拟考察了RH精炼过程中吹气量、吹气方式、真空度、气体行程等参数对循环流量的影响,并对实验结果进行了分析和论述,得出结论,吹气量低于120 m3/h时,循环流量随吹气量的增大而提高,多孔吹气、真空度升高及增加气体行程均有利于循环流量的提高。     

RH-MFB传质特性的物理模拟研究

采用NaOH稀溶液吸收CO2实验来模拟120tRH—MFB顶吹O2条件下真空脱碳反应过程的传质现象。在1：5．45的水模型中,考察了提升气体流量、顶吹气体流量、顶枪枪位、插入管内径、浸入深度、喷嘴个数与气泡行程等因素对传质的影响,测定不同参数组合条件下的容量传质系数,进而考察容量传质系数与气体分压等的关系。结果表明,容量传质系数随提升气体流量、顶吹流量、气相分压、插入管内径和浸入深度的增大而增大。     

RH喷嘴对钢液流动影响的数值模拟研究

以300t RH为研究背景装置,建立了整个装置的三维数学模型。用双流体模型处理气液两相流,分析了吹氩喷嘴个数、垂直间距、排数和分布形式对钢液流场和循环流量的影响。结果表明:在工况吹氩量时,钢液流场变化趋势不大,循环流量随吹氩喷嘴个数增加先增加后降低;吹氩喷嘴垂直间距为150 mm更合适;吹氩喷嘴上下两排交错分布更合理。     

RH喷吹参数对循环流量和均混时间影响的物理模拟

以某厂300tRH真空精炼装置为研究原型,建立1∶6.5的水力模型对RH喷吹精炼工艺进行物理模拟。研究了喷吹位置、喷吹气量及驱动气体流量对循环流量和均混时间的影响。结果表明:不同喷吹气量、驱动气体流量条件下,获得大循环流量和短均混时间的最优喷吹位置不同。较小的喷吹气量(2.98~3.53m3/h)或者较小的驱动气体流量(0.93~1.02m3/h)时,宜采用低顶枪枪位(153.8mm)喷吹;喷吹气量大于3.91m3/h或者驱动气体流量大于1.12m3/h时,宜采用真空槽底部喷吹角度120°的侧喷嘴喷吹。顶枪与侧喷嘴复合喷吹有利于提高RH喷吹工艺的适应性及循环效率。     

RH精炼过程钢液流动行为与循环流量数值模拟

以某厂300 t RH-MFB工艺参数为基础,建立了整体RH装置的三维数学模型,探讨影响钢液循环流量的因素.用双流体模型处理气液两相流,分析了相同真空度条件下吹氩流量、浸渍管深度、吹氩喷嘴排布等因素对钢液流场和循环流量的影响.结果表明:吹氩流量在4 000 NL/min以下时,循环流量随吹氩流量增加而提高;在一定范围内适当增加浸渍管插入深度有利于提升循环流量;吹氩喷嘴上下交错排布比上下一致排布更合理.     

RH真空室内气泡行为的研究

Ruhrstahl-Hereaeus (RH)上升管内的气液两相流是整个装置的重要动力源,并对钢液的流动、混匀及精炼过程有重要影响.上升管及真空室内的气液两相流决定了钢包内钢液的流动状态,为了研究真空室及上升管内气液两相流,通过1:6的300 t RH的物理模型模拟了RH上升管及真空室内气泡行为过程,并测量了RH循环流量的变化用于计算上升管内含气率以及气泡运动速度最终得到气泡在真空室内的停留时间,同时记录了气泡在真空室内的存在形式.气泡在真空室的存在形式的主要影响因素为提升气体流量,研究发现了气泡从规则独立的大气泡经历聚合长大,碰撞破碎成小气泡,最后变成小气泡和不规则大气泡共存的现象.液面高度达到80 mm之后,气泡在真空室内的停留时间达到一个平衡值,不再随真空室液面高度的增加而发生改变.当提升气体量达3000 L·min-1,气泡停留时间减小趋势弱,对应3000 L·min-1情况下,真空室内气泡开始聚合长大.研究认为对于300 t RH的真空室液面高度应为80 mm,提升气体量应在3500 L·min-1左右,优化后,脱碳时间由原工艺的21.4 min缩短至现工艺的17.5 min.      

不同侧吹参数下RH内气液两相循环流动模拟研究

通过建立包括真空室、浸渍管、钢包的180 t RH气液流动三维物理数学模型，采用VOF两相流模型和应用FLUENT软件进行数值模拟研究了侧吹氩气喷孔布置方式及吹气量对RH内气液两相循环流动的影响。分析了喷气孔单层布置和双层交错布置对喷气流量和上下层间距对上升管出口截面含气率、上升管和下降管出口速度以及循环流量的影响。结果表明，氩气在上升管内贴壁上升，并携带钢液向上运动，沿着运动方向管内截面含气率逐渐增加，在出口截面处含气率达到最大；上升管出口截面含气率越小，上升管出口和下降管出口截面中心速度越大，循环流量越大，均混时间越短；喷气管双层布置、减小间距、增大吹气量，有利于循环流量的提高和均混时间的缩短。     

210t RH炉的物理模拟研究

摘要：采用物理模拟的方法对210t RH炉的混匀时间、循环流量和去除夹杂物效果进行了研究,并结合实验结果制定了RH炉合理的工艺参数。结果表明,随着提升气量的增大,RH炉的钢液混匀时间缩短,特别是提升气量在100～130m3/h范围内,混匀时间减小幅度最大。当提升气体流量达到190m3/h后,混匀时间达到最小。RH炉钢液循环流量随提升气量的增加而增大,提升气量大于160m3/h后,循环流量开始变化比较平缓。夹杂物去除过程基本上是在前28min内完成,去除最迅速的阶段是前8min。     

RH工艺及吹气孔堵塞对钢液混匀的影响

以某厂210tRH为原型,建立模型与原型尺寸比为1：4的物理模型。测量了不同吹气量、不同浸渍管插入深度及不同真空室液位高度等操作工艺条件下的混匀时间,讨论了吹气孔堵塞对RH混匀的影响。结果表明：当吹气量大于800L／min、浸渍管浸入深度大于560mm、真空室液位高度大于315mm、吹气孔堵塞不大于3个时均有利于RH钢液混匀。在试验基础上对现场操作工艺进行改进,提高了RH精炼效率。     

钢包底吹氩均混时间及临界流量水模型实验

针对钢包底吹氩工艺,通过改变透气砖数量、单透气砖吹气位置、双透气砖夹角、喷吹气体流量、渣厚等参数,对钢包的均混时间进行了水模型实验研究.提出临界流量的概念,发现吹气量超过临界流量后均混时间明显减小.结果表明:单透气砖喷吹时,相同吹气量下偏心喷吹时的均混时间比中心喷吹时短,临界流量小;双透气砖喷吹时,透气砖夹角越大,均混时间越短,临界流量越小.     

RH上升管吹气孔堵塞对循环流量的影响

为研究210 t RH上升管吹气孔堵塞对循环流量的影响,进行了1:4水模型试验。结果表明,顺次堵吹气孔3个以上时,循环流量明显降低;堵塞吹气孔数量相同时,对称堵吹气孔对循环流量的减少小于顺次堵吹气孔,堵吹气孔3个和3个以下时可以正常生产;降低吹气孔的位置可以显著提高循环流量。     

Modeling of Liquid Level and Bubble Behavior in Vacuum Chamber of RH Process

In the Ruhrstahl-Heraeus (RH)refining process,liquid steel flow pattern in a ladle is controlled by the fluid flow behavior in the vacuum chamber.Potassium chloride solution and NaOH solution saturated with CO 2 were respectively used as a tracer to investigate the liquid and gas flow behaviors in the vacuum chamber.Principal compo-nent and comparative analysis were made to show the factors controlling mixing and circulation flow rate.The liquid level and bubble behavior in the vacuum chamber greatly affect fluid flow in RH process.Experiments were per-formed to investigate the effects of liquid steel level,gas flow rate,bubble residence time,and gas injection mode on mixing,decarburization,and void fraction.The results indicate that the mixing process can be divided into three re-gions:the flow rate-affected zone,the concentration gradient-affected zone,and their combination.The liquid steel level in the vacuum chamber of 300 mm is a critical point in the decarburization transition.For liquid level lower than 300 mm,liquid steel circulation controls decarburization,while for liquid level higher than 300 mm,bubble behavior is the main controlling factor.During the RH process,it is recommended to use the concentrated bubble injection mode for low gas flow rates and the uniform bubble injection mode for high gas flow rates.     

300 t RH精炼装置浸渍管浸入深度的试验研究

基于相似原理,按照1:4的比例对马钢300 tRH精炼装置建立了水模型,考察了不同浸渍管浸入深度对循环流量、混匀时间、真空室内停留时间等参数的影响。试验结果表明,随着浸入深度的增加,循环流量呈上升趋势,当浸渍管浸入深度大于500 mm时,循环流量上升趋势减缓;浸渍管浸入深度大于500 mm时,混匀时间出现低点;当浸入深度到达520 mm时,真空室停留时间上升趋势开始减弱,当浸入深度超过560 mm后,真空室停留时间变化较小。综合考虑以上因素,马钢300 t RH最佳的浸渍管浸入深度应控制在520～560 mm内。     

单管RH精炼过程钢液流场的水模型实验

采用物理模拟方法对单管 RH 真空精炼过程流场的循环流动、混合特性等进行了研究,建立与 RH 真空精炼装置原型相似比为1∶5的水模型,研究了不同工艺参数对单管 RH 装置内钢液循环流动的影响。对比实验测量数据发现,增大吹氩量和浸渍管插入深度以及浸渍管有效横截面有利于提高循环流量,减小均混时间;在相同的实验条件下,椭圆形浸渍管 RH 比传统浸渍管 RH 的循环流量要大15％以上,单管 RH 的均混时间比传统RH 可以缩短20％;单管 RH 钢包底部吹氩位置位于距钢包中心0.4R(R 是钢包半径)处时,均混时间最短。     

Cold model investigations into the effects of bottom blowing in metallurgical reactors

Cold model investigations were performed into bottom blowing involving two-phase and three-phase systems. The investigations – performed with interrelated variation of the test parameters: bottom nozzle arrangement, number of nozzles, eccentricity of the nozzles, blowing rate, geometry of the model reactor and addition of a slag simulation phase – reveal a series of specific vortex patterns in the bath. The most favourable overall degree of mixing is achieved with an eccentric triangular arrangement of the bottom nozzles. Increasing the number of nozzles on the one hand, and spacing the bottom nozzles further apart on the other, improves the flow conditions and thus the degree of mixing in the bath. Upwards of a certain critical blowing rate, sloshing occurs at the bath surface. This sloshing limit increases with increasing eccentricity of the bottom nozzles. The presence of slag reduces the mixing times while at the same time increasing the torus angular frequencies.     

Simulation on flow field and mixing phenomenon in RH degasser with ladle bottom blowing

Abstract

A numerical method has been employed to investigate the flow field and mixing characteristic in the Rheinsahl–Heraeus (RH) degasser with side–bottom blowing. The numerical results showed that stream flows in the up snorkel, the vacuum chamber, the down snorkel and the ladle form a large rectangular circulation zone in the RH degasser with side–bottom blowing, which can enhance the circulation flow rate effectively. For an RH with side–bottom blowing, when the included angle of the line between bottom blowing location and ladle centre and the line between two snorkels is zero, the circulation flow rate increases initially with increasing dimensionless distance between the bottom blowing location and the ladle centre and then decreases, while the mixing time increases with increasing dimensionless distance. On the other hand, when the dimensionless distance is 0·2, both the circulation flow rate and the mixing time decrease with the increasing included angle initially, reach their minimum value and then increase. The optimum values for the dimensionless distance and the included angle to achieve large circulation flow rate and small mixing time are 0·2 and π/4 in the present work.