VD精炼脱碳过程的工艺因素分析

基于质量守恒、动量守恒和能量守恒原理,并结合脱碳动力学,建立了真空精炼(VD)处理过程中钢液流动和脱碳过程相耦合的数学模型.用该模型模拟研究了各工艺因素对VD精炼脱碳过程的影响.模拟结果可为VD精炼脱碳工艺的制定和优化提供指导依据.     

VD炉钢包底吹氩的物理模拟

针对一重VD钢包进行物理模拟,通过使用电导仪、浪高仪等实验设备,从混匀时间、液面扰动对钢包内流体流动特性进行研究。实验研究得出VD炉真空脱气、深脱硫、去夹杂的底吹氩参数分别为600、200、150 L/min时,可以达到良好的脱气、脱硫和去除夹杂的效果,这为实际生产提供了理论依据。     

真空精炼过程底吹氩气工艺对风电钢中大颗粒夹杂物的影响

为提高Q345D风电钢VD精炼过程大尺寸夹杂物的去除效率,展开了VD底吹工艺优化试验研究。在VD真空处理前,方案1即VD精炼高真空的前10 min底吹单孔流量400 L/min、后5 min单孔流量250 L/min条件下,钢中夹杂物主要为高Al₂O₃含量的钙铝酸盐,而优化方案2～3即VD精炼高真空的前10 min底吹单孔流量500 L/min、后5 min单孔流量150～100 L/min条件下钢中夹杂物平均成分为更低熔点钙铝酸盐;VD处理后钢中夹杂物均为低熔点夹杂物。方案1中VD精炼过程大于10μm和大于15μm的夹杂物平均尺寸分别增加66.24%和62.32%;方案2中大于10μm和大于15μm的夹杂物的平均尺寸分别增加23.40%和33.39%,尤其夹杂物数密度仅分别增加16.33%和28.57%。这充分说明了VD精炼过程高真空的前10 min强搅拌、后5 min中强搅拌的工艺有利于对大颗粒夹杂物的去除,同时减小卷渣概率。     

VD真空精炼多喷嘴底吹气液两相流的数值模拟

通过考虑气液两相流动过程中阻力、尾迹脱落、气泡摆动等气泡运动引起的液相湍流脉动及两相间湍流的相互作用,建立了可准确描述VD真空精炼过程气液两相流动的数学模型,研究了多喷嘴底吹对钢包内气液两相流场和熔池混合效率的影响,优化出了多喷嘴底吹条件下的最佳喷吹模式和吹气流量.结果表明：与双喷嘴和四喷嘴底吹相比,在相同条件下三喷嘴底吹时,钢液的流动更均匀,流动死区较小,熔池混合效率最高,此时采用3∶2∶1非均匀供气模式、100 L/min的底吹氩气流量可获得最优熔池动力学条件.     

氧气底吹精炼工业硅的试验研究

为了降低工业硅中的钙，铝含量，介绍了氧气底吹精炼工业硅的工艺设备和工艺操作。试验表明，氧气底吹精炼工业硅的方法在技术上和经济上都是可行的。     

RH精炼底吹工艺优化的物理模拟

为了提高RH精炼效率,缩短精炼时间。以某钢厂150 t RH真空精炼装置为原型,建立相似比为1∶4的水模型,研究底吹孔个数与底吹流量的影响。结果表明,实施底吹工艺后,RH循环流量和混匀时间相较无底吹时都有明显改善。相同底吹流量情况下,单孔底吹对循环流量提升效果明显优于双孔底吹工况,如当底吹流量为90 L/min时,单孔底吹工况相较于无底吹工况循环流量增加34%,而双孔底吹工况只增加13%。底吹流量小于90 L/min时,单孔底吹和双孔底吹工况下混匀时间相差不大。底吹流量大于90 L/min时,双孔底吹工况下混匀时间反而有所增加。建议生产现场采用单孔底吹工艺,如采用双孔底吹工艺时,底吹流量应小于90 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。     

VD真空精炼脱氢和脱氮过程的三维数值模拟

基于质量、动量守恒计算了真空脱气装置内流场,并结合反应热力学和动力学理论建立了真空精炼过程中脱氢、脱氮与流场耦合的三维数学模型,研究了不同工艺参数对VD脱氢和脱氮过程的影响。结果表明:钢包内流场对脱气过程中氢和氮浓度空间分布具有明显影响;脱氢和脱氮速率随底吹气量的增加而增大,终点氢和氮浓度随底吹气量的增加而减小;在实际生产中,应在避免发生卷渣的前提下合理选择吹气量;不同底吹方式对脱氢和脱氮过程影响明显,其中偏心底吹效果优于中心底吹,双底吹效果最好。     

Development of RH refining technology at Baosteel

With the strong demand for the development of automobile sheets, tin plates, household appliances, silicon steel, pipeline steel and other products as well as for the quality improvement of steel products, remarkable progress has been made in RH refining technology and equipment design since Baosteel began production more than 20 years ago. The vacuum degassing ratio of Baosteel has jumped from 35% in the initial stage when Baosteel began production, to the current ratio of approximately 60%, and will soon reach 75% in the near future. The independent innovations in RH refming technology in Baosteel, such as RH equipment optimization, vacuum decarburization, inclusion control, deoxidation, desulfurization, rhythm adjustment between primary steelmaking and continuous casting, the high efficiency of the RH refining process, and other aspects of RH technology, have all effectively met the requirements of developing new steel products, quality improvement and logistical control. Complete sets of RH equipment and refining technology have been successfully exported to the domestic steel plants. In the future, Baosteel will make further efforts to improve efficiency, stabilize production and quality, and realize special line production, so that the RH degasser will play a greater role in Baosteel.     

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.     

Numerical Simulation of Recirculating Flow and Decarburization in RH Vacuum Refining Degasser

RHvacuumdegasseractingasoneofthemost importantsecondaryrefiningprocesseshasreceived considerableattentionintheproductionofhigh qualitysteel.ThemainfunctionsofRHvacuumde gassingprocessaredegassinganddecarburization duringrecirculationofmoltensteelbetweena…     

中间包底吹氩行为的数值模拟

 根据某钢厂连铸中间包的实际操作参数,采用欧拉两相流模型,气体入口边界条件按照多孔介质进行处理,利用CFX软件模拟计算了底吹氩中间包内钢液的流场。结果表明:底吹氩气技术代替上挡墙或下挡墙2种情况下,注入区钢液混合加剧,有利于夹杂物碰撞长大。浇注区靠近液面处速度提高易引起卷渣。当采用湍流控制器、上挡墙、下挡墙、底吹氩技术时,吹氩位置对钢液流动的影响较大,当在湍流控制器和上挡墙之间吹入气体时,钢液的流动特性有利于夹杂物的上浮去除。     

气体流量对底吹炼铜炉吹炼过程的影响

首先利用Fluent软件对底吹炉用的氧枪内气体流动过程进行模拟研究,分析了三种工况下进口参数与气体流量的对应关系,给现场进行流量调节提供了理论依据。然后以氧枪出口气体的流动参数作为边界条件,利用VOF模型对底吹炉渣、铜锍、粗铜、空气四相流动过程进行模拟研究。研究了不同流量下的熔体流动规律,包括熔池内的密度分布、熔池平均速度、液面波动状况以及喷溅量等。当气体流量为0.43kg/s时,熔池内的平均速度较高,混合强度大,但是也会造成液面波动和喷溅量过大的现象,严重时会导致下料口堵塞,影响正常生产过程。     

65t钢包精炼工艺参数优化数值模拟

针对唐钢65 t钢包实际条件,采用Fluent软件对钢包底吹结构和工艺参数对钢液流场、弱搅拌区和混匀时间的影响进行研究,并采用冷态模拟试验进行验证,为钢包底吹结构和工艺参数优化奠定了理论和试验基础。结果表明,钢液流速较高的区域主要集中在高速流股区域和钢包上部,而弱搅拌区主要集中在钢包底部;吹氩量为100 L/min的条件下,底吹夹角180°、底吹中心距0.6R时钢包的弱搅拌区体积率最小;底吹中心距0.6R、底吹夹角180°条件下,钢液弱搅拌区体积率和混匀时间均随着底吹气体流量的增加而呈下降趋势;冷态模拟试验结果证实了混匀时间随着底吹气体流量增加而呈现降低的趋势,而且数值模拟确定的混匀时间与冷态模拟试验结果基本一致,证实了数学模拟结果的可靠性。     

钢包底吹精炼过程渣眼形貌的数值模拟及无量纲化

底吹钢包控制渣眼大小可改善钢液质量。基于钢包底吹氩气工艺,通过耦合离散相（DPM）模型和多相流（VOF）模型,建立三维非稳态多相流水模型,并通过1∶5水模型对数值模拟计算得到的渣眼大小和渣眼界面速度进行验证分析。研究了不同参数（底吹流量、油层厚度和底吹位置）对渣眼大小和渣眼界面速度分布的影响。最后以数据拟合手段获得无量纲渣眼面积和无量纲流量之间的关系。结果表明:渣眼面积随着喷吹流量增加和油层厚度减小而逐渐增大,底吹流量越大越明显;喷嘴的偏心距越远,渣眼面积随喷吹流量的变化越显著;对于偏心底吹此时存在一个流量极值,当喷吹流量达到这个值后渣眼面积反而减小——油层厚度25mm,喷吹流量2.26L/min的渣眼面积相比于1.87L/min的渣眼面积减小了180cm²。