100 t复吹转炉底吹透气砖分布的数值模拟

利用ANSYS Fluent软件研究了某钢铁企业100 t复吹转炉底吹透气砖分布对钢水的流场和混匀时间的影响。结果表明,当底吹透气砖位置不同时,转炉内钢水的流场分布也不同。在总吹气量（100 m3/h）相同的情况下,当采用双透气砖底吹气（每个透气砖的吹气量为50 m3/h）时,钢水的混匀效果优于单透气砖底吹气时的混匀效果,2块底吹透气砖对角布置时钢水混匀时间最短,为204 s,其次为4块底吹透气砖平面对称布置,钢水混匀时间为255 s。     

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。     

250t钢包底吹氩精炼工艺优化的物理模拟

以250t底吹氩钢包为原形,根据相似原理进行水模型实验,研究了不同透气砖布置参数、吹氩量、加料位置及透气砖透气性能变化对精炼效果的影响.结果表明：0.75R（透气砖在距钢包底部中心为0.75倍钢包底部半径R的位置）的双透气砖布置较0.64R、0.5R混匀时间短,但对包壁的冲刷严重;双透气砖大夹角（135°、180°）布置比小夹角（45°、90°）混匀时间短,0.64R-180°的双透气砖对称布置方案最优.在透气砖上方或双透气砖连线中垂线区域内添加物料,混匀时间最短;吹气量控制在67~70m³/h之间,可充分利用气体的搅拌能量,满足混匀时间短且不会产生卷渣的洁净钢精炼要求;透气砖堵塞较双孔正常吹气混匀时间延长,顶部钢液形成两个大小不一的裸露亮圈,并加重对包壁耐材的冲刷与侵蚀,降低钢液的混均效果及钢的洁净度.     

钢包底吹氩性能优化水模型试验

利用水模型模拟了本钢炼钢厂精炼过程的吹氩工艺,研究了优化吹氩孔布置方案对钢液混合效果的影响,以及吹气量大小对混匀时间以及夹杂物的影响。结果表明:在电极圆以外区域可以找到比现行吹氩位置混匀效果更优的双气孔吹氩孔布置方案,混匀时间明显缩短;当吹气孔位于钢包底部1/2R半径上时,两个气孔夹角为30°吹气效果最优;当吹气孔位于钢包底部2/3R半径上时,气孔夹角为150°吹气效果最优;在条件相同的情况下,位于1/2R圆上的双透气砖组合的混匀效果整体上优于位于2/3R圆上的双透气砖组合;钢包底吹氩时的透气量大小要适中,气量过大时对提高溶液混合效果贡献不大,且气量过大会产生明显的卷渣现象。     

120 t钢包底吹氩工艺水模型研究

研究了钢厂即将投产的120 t钢包底部最佳透气砖位置,在实验室以1:3建立钢包水模型进行模拟试验,得出最佳透气砖位置及吹气方式。实验表明,越靠近包壁的透气砖,其混匀效果越好,但对包壁的冲刷也越严重。在相同喷吹位置的情况下,双透气砖方案比单透气砖方案混匀效果好,且大角度(≥90°)的双透气砖方案比小角度双透气砖方案好。本实验的最佳吹气方案为离包底中心0.60R(半径)处,夹角为120°的双孔底吹气方式。     

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。     

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。     

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。     

100t顶底复吹转炉底吹透气砖分布对钢液流场影响的数值模拟

利用Fluent流体软件,研究钢厂100 t顶底复吹转炉底吹透气砖数量（14）和分布对钢液流场及混匀时间的影响。结果表明,底吹砖数量和布置不同时,熔池的流动形成及搅拌效果也不相同;在气体总流量（100m³/h）相同的情况下,单透气砖钢液混匀时间最长,为380 s;两块底吹砖非对称对角分布时,钢液的混匀时间最短,为204 s;其次为4块底吹砖平面对称分布结构,混匀时间为255 s。     

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%。     

130 t钢包底吹氩喷嘴布置模式优化的水模型试验

通过建立的130t钢包水力学模型，用电导法测定了单喷嘴、双喷嘴垂直分布和对称分布时不同供气量下钢水混匀时间。结果表明，双喷嘴喷吹的混匀时间较单喷嘴的混匀时间短，搅拌效果优于单喷嘴。单喷嘴底吹氩，喷嘴距钢包底部中心0．55R（钢包底半径）时混匀时间最短；双喷嘴间距由0．40R增至0．70R时混匀时间明显减少。     

90 t钢包底吹氩水模型与数值模拟

 为了获得90 t钢包最佳底吹氩位置,采用1[∶]4水模型试验和数值模拟对透气砖位于钢包底部不同位置时的均混时间进行了研究。结果表明,在单吹情况下,透气砖位于[1/2R]圆周上的[P5]点时,钢包内钢液具有较快的流动速度,均混时间最短;在双吹情况下,夹角为180°的组合式底吹搅拌效果较好,均混时间较低。通过对比分析得出,在相同气体流量条件下,单吹与双吹最优方案下的均混时间相差不大。     

150t钢包双透气砖底吹氩优化与工业试用

通过水模型研究了国内某厂150t钢包双透气砖底吹氩位置及流量对钢液混匀时间的影响,利用优质真空泵油模拟钢包顶渣,对不同吹气位置及吹气流量下钢液裸露面积进行了比较。结果表明,双孔夹角180°、吹气孔位于各自半径0.6R圆周上(吹气孔11和15)时混匀时间短且钢液裸露面积小,同时对包壁冲刷更小。钢包改造后工业试用表明,通过优化钢包透气砖位置及钙处理后钢液软吹氩流量及时间,钢液钙处理增氧质量分数降低28×10-6,降幅达78%;钢液出LF全氧质量分数降低34×10-6,降幅为45%,全氧含量控制水平明显提高。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

底吹钢包用圆孔透气砖冶金效果的水模型

采用水力学模型方法对钢包底吹氩工艺进行了实验研究,对比分析了圆孔型透气砖与狭缝式透气砖对冶炼效果的影响,并研究了圆孔透气砖的孔角和孔径对混匀时间、夹杂物去除率和渣眼面积的影响规律.结果表明:当吹气流量相同时,使用圆孔斜通透气砖时,钢包的混匀时间、夹杂物去除率和渣眼面积均优于狭缝式透气砖;相比于圆孔直通透气砖的钢包,使用圆孔斜通透气砖的钢包混匀时间更短,去除夹杂物效果佳,但渣眼面积略大;对于圆孔斜通透气砖,其孔径越小,钢包混匀时间越短,夹杂物去除率越高,渣眼面积越小.     

钢包底吹氩系统优化与工业试验

采用相似比为1∶3的水模型研究了某厂100 t钢包底吹氩位置及流量等因素对钢液混匀时间的影响,利用机油模拟钢渣,对不同钢包底吹位置及流量下钢液面裸露进行了比较,并利用数值模拟分析了不同透气砖位置对钢液流场的影响,找到最优的钢包底吹氩控制方式,并在现场进行了优化后工业试验。研究结果表明:合理的钢包底吹氩位置及控制工艺对夹杂物上浮去除有着重要作用,双孔夹角135°、吹气孔位于各自半径0.5R圆周上时混匀时间短且钢液面裸露面积小;同时在钢包底吹氩一定时间后,钢包内钢水全氧含量降低明显且没有增氮,铸坯中w(T.O)=(7～9)×10~(-6),明显低于优化前工艺铸坯w(T.O)水平(平均13×10~(-6)),全氧含量控制水平明显提高。