30 t VOD钢包冶炼不锈钢钢液流动模拟研究

以西宁特钢30 t VOD冶炼不锈钢为工艺背景,采用数值模拟与物理模拟相结合的研究方法,研究了顶底复吹条件下30 t VOD钢包精炼过程中钢液流动及混匀特性。水模拟实验分析了钢包在底吹及复吹条件下的钢液混匀特性,数值模拟分析了不同复吹条件下钢液的流场特征。研究结果表明:当钢包底吹位置为1/4R(R为钢包底部半径)时,钢液既有最佳的复吹混匀效果,又有较好底吹混匀效果,其混匀时间相比中心位置分别降低46%、14%;钢液流场及湍流动能分析结果表明,当底吹位置1/4R时,在熔池液面区,顶吹与底吹二者作用于钢液形成流动的方向吻合程度较好,且熔池内部钢液活跃体积比高于其他吹气位置,其横截面活跃面积可达47%,结合实际冶炼效果对比,钢包底吹位置1/4R处为VOD钢包的最佳吹气位置。     

40 t钢包双透气砖底搅拌物理模拟研究与应用

以40 t双透气砖钢包为原型,基于相似原理建立模型与原型尺寸比为1∶2的钢包底吹氩物理模拟系统,研究吹气流量、双透气砖位置对钢包混匀时间的影响规律,以便提升钢包搅拌效率。研究表明,双透气砖最佳吹气位置为0.70R-0.70R(R为钢包半径),当双透气砖支路吹气流量相等时,钢包混匀时间随双透气砖与包底中心距离的增加而缩短,随吹气流量的增大而逐渐减少;当模型吹气量超过56 L/min(原型吹气量达到112 L/min)后,混匀时间随吹气量的增加并未减少,反而有所增加;当吹气总流量相等但双透气砖支路流量不同时,支路流量比为1∶3的混匀时间比支路流量比为1∶1的混匀时间长。工业试验表明,通过优化脱氧制度、改进底搅拌工艺以及采用氩气保护浇注等技术,可降低轴承钢氧含量,其中轴承钢氧的质量分数为7×10~(-4)%以下炉数占比达60%以上,氧的质量分数10×10~(-4)%以下炉数占比达100%,提升了夹杂物控制水平和产品品质。     

120t钢包底吹氩工艺优化水模型研究

以钢厂120 t钢包为研究对象,对相似原理为基础,建立几何比例1:3的水模型,通过测定单、双透气砖最低吹氩条件(透气砖位置,吹气量0.4~2.0 m~3/h等)对混匀时间的影响,确定钢包的底吹工艺。实验结果表明,单孔布置时,透气砖距离钢包0.63R(R为钢包底半径)时混匀时间最短;双孔布置时,增大两透气砖之间的距离有利于缩短混匀时间,双孔180°夹角0.6R布置方式效果最好,混匀时间最短;在等气量下,双透气砖效果明显优于单透气砖。     

钢包双孔对称交替底吹气混匀行为的物理模拟

混匀是衡量钢包底吹氩精炼冶金效果的重要指标,优化底吹氩工艺来促进混匀是钢包精炼研究的核心内容。首次提出采用双孔对称交替底吹气的方式来增强搅拌、促进混匀,采用几何相似比为1∶4的水模型,模拟现场吹气量为300L/min,对150t钢包交替吹气位置0.1R~0.5R、交替吹气时间0~15s进行研究。结果表明,随着交替吹气时间的增加,混匀时间先增加后减少;随着底吹气孔与钢包中心距离的增大,混匀时间先减少后增加;底吹气孔与钢包中心的距离为0.3R时,混匀时间最短;交替时间为15s时,混匀时间最短,比不交替吹气缩短5.5%。     

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。     

150t 钢包底吹氩喷嘴布置优化的水模型研究

针对钢厂150 t底吹氩钢包于0.2R圆周上成90°布置的双孔吹氩,钢水成分和温度均匀性较差的问题,进行了几何相似比1:4,双孔吹氩位置0.2~0.8 R,夹角45°~180°。吹气量54.6~491.4 L/h(相当于150 t钢包吹气量50~450 L/min)的水模型试验。试验结果表明,最优方案为双孔半径0.6 R圆周,夹角180°,每孔流量382.2 L/h(相当于150 t钢包350 L/min),混匀时间比原钢包的喷嘴布置减少28.6%。     

90 t钢包炉底吹氩工艺优化的水模拟试验研究

采用1:2.5几何相似比的水模型,试验研究了钢厂90 t钢包炉(LF)透气砖位置、数量和底吹供气量对钢包内流体混匀时间的影响。结果表明,优化后的钢包透气砖位于高位料仓下料位置的下方,渣料和合金能够直接加在裸露区,熔化速度快,合金收得率高;底吹气体流量23.89 L/min时钢包流体混匀时间最短,有利于钢水深脱硫。     

60 t LF钢包底吹氩行为的物理模拟

基于相似原理和莱钢60 t LF钢包,建立了一套水模拟试验装置,水模型和钢包原型的几何相似比例为1∶4,用该装置进行了钢包底吹氩行为的物理模拟研究.结果表明,底吹气体流量越大,混匀时间越短;吹气流量对混匀时间的影响程度远远大于透气砖位置的影响.60 t钢包适宜采用单透气砖,其硬吹气体流量应>0.133 m3/h,软吹气体流量应<0.02 m3/h.     

150t钢包底吹氩位置的优化研究

根据相似原理,对兴澄特钢150 t钢包建立几何比例为1∶3的水力学模型,通过测定不同底吹条件下钢包的混匀时间,确定最佳的底部透气砖位置及吹气流量。研究表明：原型双孔吹气方案下混匀效果欠佳,较大气量下气流股会对包衬造成冲刷侵蚀。优化后得到最佳方案为：双孔在1/2 R圆周上,成135°布置,吹气量控制在550～600 L/min,可获得最短的混匀时间为53 s。     

钢包底吹氩过程数学物理模拟研究

以130t钢包为研究对象建立水力学模型,以电导法测定了底吹氩钢包内钢液的混匀时间,讨论钢包底吹氩工艺中透气元件不同布置方式以及不同吹气量对钢液混匀时间的影响。同时用数值模拟的方法,对钢包内流场进行计算,探讨各种情况下钢包内流场变化,提出最佳底吹气搅拌位置及吹氩制度。     

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....     

钢包精炼炉(LF)钢液流动的数学物理模拟与优化

应用相似原理和流体力学理论,利用电导率法和PHOENICS平台对钢包精炼炉(上、下口直径分别为2 310 mm和1 984 mm,内腔高2 620 mm,透气砖直径104 mm)钢液流动状态进行了水模拟和数学模拟,由实验和计算结果得出,离钢包底中心520 mm的2^#底吹位置比离中心354 mm的1^#位置获得的流场和均匀时间更合理,在≤300 L/min时,随吹气量增大,混匀时间减少,但>300 L/min时,继续增大吹气量,混匀时间不再变化。40 t BOF-LF-CC生产结果表明,采用优化工艺后,钢中全氧量降低2×10^-6,达到15.2×10^-6,钢中夹杂物也显著减少。     

Research on molten flow simulation of 30t VOD ladle smelting stainless steel

30tVOD ladle smelting stainless steel was used as the process background, and the numerical and physical simulations were applied to investigate the flow and mixing characteristics of molten steel during the 30tVOD refining process. The cold experiment was employed to investigate the mixing behaviors of molten steel under the bottom and combined blowing systems. The flow features of molten steel were analyzed by numerical simulation with different blowing conditions. The results show that when the plug position of the ladle is located on 1/4R(R is the radius of ladle bottom), whether top- bottom blowing or bottom blowing, the molten steel is mixed well, and mixing time compared to the central position is reduced by 46% and 14% respectively. In addition, the comparison of flow field and turbulent kinetic energy of the molten steel show that when the bottom blowing position is 1/4R, the flow direction of the molten steel caused by the top blowing and the bottom blowing is better near the bath surface, and active volume ratio of molten steel is higher than that of other blowing positions. Current results were validated in industrial VOD furnace, which indicates that 1/4R is regarded as the optimum injection position for combined stirring.     

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。     

单嘴精炼炉合金料加入方式及混匀特性水模型研究

根据相似理论,以80 t单嘴精炼炉1:4的水模型模拟,研究了单嘴精炼炉加合金料位置、吹气流量(2～10 L/min)、单嘴内液面高度(18.5～67.0 cm)、浸入深度(75～150 mm)、吹气位置等对混匀时间的影响。结果表明,在单嘴气体上升区对面加料混匀时间较短;吹气流量为6 L/min、浸入深度100～125 mm、单嘴内液面高度≥52 cm、在钢包底r/R=0.5位置吹气有利于混匀时间的缩短。     

180t钢包底吹氩过程钢液流场特性数值模拟

为增强钢厂180 t钢包底吹氩过程搅拌效果,根据模型设计参数建立了底吹氩数学模型,运用CFD软件fluent对钢包底吹氩过程流场进行数值模拟.基于流体力学理论,计算并分析了底吹氩过程中心间距1/3R,1/2R和2/3R和底吹氩气流量300～1000 L/min对钢包内流场、"死区"比例及混匀时间等的影响规律.结果 表明...     

底吹氩钢包内夹杂物粒子上浮行为的水模实验研究

将修正伽利略准数作为对钢包内夹杂物上浮规律模拟的判据,以某厂150t底吹氩钢包为原型,建立了模型与原型尺寸比为1:4的物理模型。通过实验研究了吹气量、吹气孔与钢包中心距离、两吹气孔与钢包底中心连线的角度,对夹杂物粒子上浮去除的影响规律。实验结果表明:合理的吹气量为300 L/min;吹气孔靠近钢包中心、吹气孔与钢包中心连线角度小时,夹杂物上浮去除时间短,有利于夹杂物去除。     

250 t钢包精炼底吹氩吹孔位置优化的水模型试验

采用几何相似比1:3水模型,对250 t钢包底吹氩位置优化进行模拟试验,用电导法测定了单孔喷吹、双孔夹角90°和180°对称喷吹在至钢包中心不同距离处(0.37~0.61 R)采用不同吹气量(5~25 m³/h)时钢水的混匀时间。试验结果表明,单孔底吹氩,吹孔距钢包底部中心0.61 R(R为钢包底部半径)时混匀时间最短;双孔喷吹对称分布的混匀时间比单孔喷吹的混匀时间短;当双孔喷嘴0.61 R对称分布时,混匀时间最短,死区最小,且双孔喷嘴间距由0.37 R增至0.61 R时混匀时间明显减小。     

透气砖布置和吹氩流量对钢包内钢液流动行为的影响

针对攀钢200t钢包,采用物理模拟与数值模拟相结合的方式,研究了透气砖布置方式和吹氩流量对钢液流动行为的影响规律。结果表明,当两透气砖呈120°布置在距包底中心0.62R(R为包底半径)处时,钢液的平均流速和平均湍动能大,"死区"范围小,混匀时间短,是合理的透气砖布置方式,其临界吹氩流量为27m3/h;与单透气砖相比,双透气砖喷吹的能量利用率高,"死区"范围小,单透气砖的吹氩流量需控制到45m3/h才能达到与双透气砖吹氩流量为27m3/h时相同的搅拌效果。实践证明,研究得到的透气砖布置方式和吹氩流量能保证熔池的搅拌效果,使转炉钢水经吹氩处理后,钢包不同位置温差小于10℃,Δw[C],Δw[Si],Δw[Mn]小于0.03%;在一定的软吹氩流量条件下,吹氩时间大于等于8min,可以使钢中wT[O]小于25×10-6。研究表明,用离散相模型对钢包底吹氩过程进行数值模拟,可以得到与物理模拟试验和生产实践较为吻合的结果。