210 t转炉底吹供气参数优化模拟研究

为优化某厂210 t转炉底吹供气效果,利用气-液两相流相互作用数值模拟方法,研究了底吹元件数量、布置方式和供气强度变化对熔池搅拌效果的影响。通过对8支、10支、12支底吹元件数量下的作用效果分析,得出12支底吹元件布置在0.63D(D为熔池直径)的同心圆上时,熔池内钢液流动相对较稳定,"死区"比例最低,混匀时间最短。随着底吹强度增大,"死区"面积减少,混匀时间缩短,气流对炉底的侵蚀作用加剧。底吹强度为0.05 m~3/(min·t)时,"死区"比例为23.9%,底吹强度为0.10 m~3/(min·t)时,"死区"面积大幅降低,进一步提高至0.20 m~3/(min·t)时,"死区"比例降低至4.6%;当底吹强度增加至0.15 m~3/(min·t)时,熔池混匀时间大幅降低至30 s,继续提高底吹强度,混匀时间降幅不大,将底吹强度控制在0.10～0.15 m~3/(min·t)之间比较合理。     

承钢100t钢包底吹数值模拟研究

钢包底吹工艺是钢包冶金的一种重要手段,底吹的布置及底吹参数对工艺效果影响较大,承钢对100 t钢包底吹工艺进行了深入研究,利用FLUENT软件对流场进行三维数值模拟研究,模拟结果表明在底吹流量为500 L/min时,改进后的底吹位置比原型有更好的循环流动效果,较小的相对死区和裸露面积,有利于钢水成分和温度的均匀,减少二次氧化,并促进夹杂物上浮。     

40 t偏心电弧炉底吹工艺数值模拟及工业试验研究

通过对某钢厂40 t偏心电弧炉底吹工艺建立数学模型，利用流体计算软件Fluent数值模拟了不同底吹条件下电弧炉熔池内的流体流动特征，分析了不同底吹流量对流体流动的作用规律。结果表明：随吹气量的增大,熔池表面平均速度不断增大，得出最优的吹气量为30～40 m³/h。同时结合工业生产数据发现，采用底吹搅拌技术后能加速电弧炉熔池的传热和传质速度，缩短冶炼时间，降低生产成本。     

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.     

100t钢包吹氩工艺优化数值模拟研究

通过数值模拟,研究了100 t钢包在LF精炼过程中底吹氩气流量对钢包内钢液流动特性、"渣眼"面积及活跃区比例的影响.结果表明,在一定范围内,增大吹氩量有利于增大"渣眼"面积,强化钢水运动,缩小"死区"体积比例,有利于脱硫反应的进行.但当吹氩量超过临界值时,"死区"体积比例缩小幅度降低.100 t钢包最佳吹氩量为300 L/min.     

提高复吹转炉透气砖寿命和冶金效果的新技术

为了提高复吹转炉透气砖寿命和冶金效果,研究了大流量透气砖底吹不对称供气技术。采用水模试验方法,底吹气量按3.3:1分两路供气,每隔1炉交换一次·试验结果表明,供气强度在0.2Nm~3/t.min时,透气砖侵蚀速度与单根毛细管的气体流量成正比。毛细管根数增加1倍,透气砖的供气能力提高1倍。采用大流量大尺寸透气砖不对称交错供气的技术,可使透气砖的侵蚀速度减少50%,寿命提高1倍。转炉炼钢的熔池混匀时间缩短19.2%,铁水脱磷预处理熔池混匀时间缩短63%,复吹转炉的冶金效果得到明显改善。与复吹转炉预埋透气砖和更换透气砖的方法相比,可以更有效的提高转炉的复吹炉龄和冶金效果。     

100 t电弧炉熔池搅拌工艺优化模拟及应用

针对某厂100 t电弧炉出钢自开率低的问题,使用Fluent软件研究了炉壁氧枪不同偏转角度下的熔池流动特性。研究发现,当氧枪偏转角度由0°增加至30°后,基本消除了EBT死区,但钢液对炉壁冲刷强度提高了148.4%。为了平衡炉壁冲刷和熔池搅拌,确定1^#、3^#、4^#氧枪偏转10°,2^#氧枪偏转30°的优化方案。实践应用表明,优化后电弧炉出钢自开率由75.2%增加到95.6%,平均出钢温度降低6℃;在ML08Al钢上的应用数据表明,终点钢水氧质量分数降低20.9%,终点炉渣T. Fe质量分数降低21.6%。     

高压底吹条件下钢液流动模拟研究

高压底吹条件下钢液流动运动行为复杂,采用数值模拟分析了压力、底吹流量、底吹位置及钢液面高度对熔池内钢液流动的影响。模拟结果表明:高压条件下,随着压力的增加,熔池内的速度分布均匀,梯度减小程度小。钢液的平均速度随底吹流量的增加而增加。随底吹喷孔位置向熔池壁靠近,主循环回路变长。随着熔池液面高度的上升,气液两相区的径向范围变广,速度梯度减小,熔池内死区比例降低;达到一定高度后,氮气到达熔池液面时速度变小。研究高压底吹条件下钢液的流动行为,对钢包内钢液底吹精炼具有指导意义。     

提高复吹转炉透气砖寿命和冶金效果的新技术

为了提高复吹转炉透气砖寿命和冶金效果,研究了大流量透气砖底吹不对称供气技术。采用水模试验方法,底吹气量按3.3∶1分两路供气,每隔1炉交换1次。结果表明,供气强度在0.2m~3/(t·min)时,透气砖侵蚀速度与单根毛细管的气体流量呈正比。毛细管根数增加1倍,透气砖的供气能力提高1倍。采用大流量、大尺寸透气砖不对称交错供气的技术,可使透气砖的侵蚀速度减少50%,寿命提高1倍。转炉炼钢的熔池混匀时间缩短19.2%,铁水脱磷预处理熔池混匀时间缩短63%,复吹转炉的冶金效果得到明显改善。与复吹转炉预埋透气砖和更换透气砖的方法相比,可以更有效地提高转炉的复吹炉龄和冶金效果。     

转炉底吹供气方式对熔池混匀效果的数值模拟

通过数值模拟的手段,以北方某钢厂300 t转炉为原型,建立了转炉底吹的三维模型。研究了在非均匀供气制度下转炉底吹氩气对转炉混匀效果的影响,优化了设计方案。结果表明,随着底吹氩气流量的增加,熔池内平均流速和平均湍动能均增加,弱流区比例减小,但死区比例降低的幅度不大。单个透气砖氩气流量为440 m3/h时,流量分配比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的平均速度分别0.189、0.204、0.167和0.168 m/s,死区比例分别为17.5%、11.60%、23.53%和20.23%。流量分配比为2∶1时转炉混匀效果最好,1∶1时次之,4∶1时再次,分配比为3∶1时混匀效果最差。     

Simulation and application of pulsating bottom-blowing in EAF steelmaking

Pulsating bottom-blowing was proposed to strengthen the electric arc furnace (EAF) molten bath stirring. The fluid flow characteristics and stirring effects of different pulsating bottom-blowing modes on EAF molten bath were studied through water model experiments and numerical simulations. The mixing time was measured by water model experiments and the flow field characteristics of EAF molten bath were simulated by numerical simulations. Compared with conventional bottom-blowing, pulsating bottom-blowing can accelerate the fluid flow velocity and improve the stirring of molten bath. With pulsating bottom-blowing, the molten bath fluid flow field is more disorder, the fluid flow velocity increases and the dead zone volume decreases. Compared with EAF steelmaking with conventional bottom-blowing conditions, pulsating bottom-blowing technology can improve the metallurgical effects and the molten steel quality in EAF steelmaking with lower FeO content of final slag, lower phosphorus content and carbon-oxygen equilibrium of final molten steel, and lower temperature deviation.     

300 t复吹转炉底吹系统优化模拟

顶底复合吹炼转炉炼钢法是当下主流的炼钢方法,底部供气元件的种类、支数、排布方式和底吹供气强度直接影响着转炉熔池的混匀效果,合理的流场不仅可以降低生产成本,更能缩短冶炼周期,增加企业效益.基于冷态水模拟以及CFD数值模拟手段各自的研究特点,以某钢厂300 t转炉为原型,将不同底吹条件下熔池的混匀时间、死区以及弱流区体积作...     

Influence of bottom-blowing gas species on the nitrogen content in molten steel during the EAF steelmaking process

In modern EAF steelmaking process, control of the nitrogen content of molten steel has become more and more important and bottom-blowing technique has been widely applied to promote the molten bath fluid flow, accelerate the metallurgical reaction and improve the quality of molten steel. In this study, the influence of bottom-blowing gas species on the nitrogen content in molten steel during EAF steelmaking was systematically investigated and analysed. Combining the induction furnace experiments and theoretical analysis, the kinetic models of nitrogen change in molten steel with bottom blowing N₂, Ar and CO₂ were established theoretically and validated experimentally. Meanwhile, the thermodynamic laws and agitation capacity of different bottom-blowing gases were also clarified. Then, based on the industrial application research, the metallurgical effects, especially nitrogen removal, with different bottom-blowing gases were also studied and finally, a new concept was proposed for cyclic utilisation of CO₂ in the EAF steelmaking process.     

转炉超音速氧枪喷头磨损后的吹炼特性变化

 转炉氧枪喷头会随枪龄的增加发生不同程度的侵蚀,为了探究氧枪喷头侵蚀程度对超音速气体射流吹炼特性的影响,建立了120 t转炉及超音速氧枪的三维全尺寸几何模型,研究了氧枪喷头不同磨损角度对气体射流特性、熔池速度及壁面侵蚀的影响。发现随着磨损角度增加,射流速度衰减加快,射流核心区长度缩短,同一等速线长度缩短,射流中心最大速度和最大速度点距中心距离增大。射流动压衰减速度随磨损角度增加而加快,磨损角度由0增至20°,距喷头端面1.5 m处最大动压减小了14.84%,14 000 Pa等压线包围面积由0.038 m2减小至0.002 m2。钢液面处高速区面积随着磨损角度增加而减小,死区面积随着磨损角度增加而增大。熔池纵截面高速区域主要分布在冲击凹坑和底吹元件附近,低速区域主要分布在熔池底部,死区主要分布在熔池底部中心和炉壁下部区域。当熔池深度小于0.6 m时,顶吹气流对熔池的搅拌起主要作用,磨损角度增加,熔池搅拌能力变弱,熔池横截面高速区面积减小,低速区和死区面积增大;当熔池深度大于0.6 m时,底吹气流对熔池搅拌起主要作用,高速区面积基本不变。渣-金作用区域和底吹流股附近流体湍动能较大、壁面剪切应力较为集中,该部位耐火材料侵蚀严重。熔池壁面附近流体湍动能和壁面剪切力随磨损角度增加而降低,转炉炉衬侵蚀速度减小。     

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...     

130 t直流电弧炉喷吹过程的优化模拟

在当今经济健康发展的背景下,电弧炉炼钢凭借其污染小、流程短和产品多样的特点,已逐渐成为各大钢铁企业大力发展的对象,在整个钢铁生产的地位比以往的每个时候都要重要,而电弧炉熔池的流动状态会直接影响电弧炉的冶炼效果,这主要与氧枪喷吹强度和布置方式有关.为研究不同工况条件下电弧炉流场的变化,为大型电弧炉选取最合适的工艺参数,以...     

电弧炉炼钢成分预报现状与熔池搅拌对其影响

电弧炉炼钢成分预报与控制直接影响冶炼时间、产品质量与生产成本,是电弧炉炼钢智能化的重要环节。对转炉、电弧炉副枪检测技术和炉气分析技术进行了分析,探讨了炼钢过程的选择性氧化机理与智能算法在成分预报中的应用。结合熔池流动慢、反应不均衡的动力学条件,讨论了电弧炉炼钢成分预报的难点。在国内外文献综述的基础上,讨论了电弧炉底吹搅拌、氧气射流及电磁流体对钢液流动的影响,提出将电弧炉熔池钢液流动行为的动力学影响和炼钢反应选择性氧化热力学相结合,实现成分实时预测研究的设想,对开展电弧炉炼钢成分预测研究具有指导意义。     

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。     

Simulation of Flow Fluid in the BOF Steelmaking Process

The basic oxygen furnace (BOF) smelting process consists of different chemical reactions among oxygen, slag, and molten steel, which engenders a vigorous stirring process to promote slagging, dephosphorization, decarbonization, heating of molten steel, and homogenization of steel composition and temperature. Therefore, the oxygen flow rate, lance height, and slag thickness vary during the smelting process. This simulation demonstrated a three-dimensional mathematical model for a 100 t converter applying four-hole supersonic oxygen lance and simulated the effect of oxygen flow rate, lance height, and slag thickness on the flow of molten bath. It is found that as the oxygen flow rate increases, the impact area and depth increases, which increases the flow speed in the molten bath and decreases the area of dead zone. Low oxygen lance height benefits the increase of impact depth and accelerates the flow speed of liquid steel on the surface of the bath, while high oxygen lance height benefits the increase of impact area, thereafter enhances the uniform distribution of radial velocity in the molten steel and increases the flow velocity of molten steel at the bottom of furnace hearth. As the slag thickness increases, the diameter of impinging cavity on the slag and steel surface decreases. The radial velocity of liquid steel in the molten bath is well distributed when the jet flow impact on the slag layer increases.     

偏心底吹氩钢锭流场及混合特性数值模拟

针对钢锭模内钢液流场及混匀特性,提出钢锭偏心底吹工艺,以某厂40 t钢锭为研究对象,采用Fluent软件研究了底吹流量、底吹位置对锭模内钢液流场及混合特性的影响规律。结果表明,偏心底吹氩钢锭内形成非对称循环流,气-液两相流在到达冒口区之前,两相区在径向不断扩大;其到达冒口区后,两相区变小。当底吹气量(氩气流量)小于40 L/min时,锭模内尚未形成明显的完整循环流;当气量增至60 L/min时,锭模内才形成完整循环流。整体上,混匀时间随气量增加呈减小趋势,但存在一个最佳混匀气量;随着底吹位置距锭底中心距离增加,混匀时间呈减小趋势。根据本研究,最佳的混匀底吹位置为距锭底中心1/2半径处。