30 t钢包偏心单吹流场的数值模拟

利用连续性方程、动量方程、Navier-Stokes方程、欧拉方程和k-ε双方程,运用Fluent软件的Simple算法,气液两相区采用欧拉两相流模型进行稳态下的钢包流场计算,得到了不同喷吹量及偏心位置不同时单孔吹气时,钢包内的流场三维分布图。首先通过偏心单吹死区比例的计算和流场的变化规律,确定最优单吹方案为包底0.55R处、气量为60 NL/min,然后对最优偏心单孔进行不同吹气量的流场数值模拟计算,得出钢包纵截面的流场分布图,分析发现吹气量的增加仅让钢包内钢液流动的速度提高了,但钢液的流动形态并未改变,大约在钢包的4/5高度处形成涡心,涡流运动十分明显。     

210t钢包底吹气过程传输现象的水模型研究

通过建立1∶5水模型对某厂210 t钢包底吹过程流场、混匀时间和渣眼分布进行了研究，讨论对比了不同钢包底部吹气流量、吹气位置和吹气孔夹角的影响。结果表明，吹气孔径向位置越靠近壁面，钢包内流体流动速度越大。混匀时间整体上随着吹气流量的增大而减小，并且在小吹气流量情况下混匀时间下降幅度较大，而在大吹气流量情况下混匀时间下降幅度较小；吹气孔间夹角不变时，混匀时间随着吹气位置离钢包中心的距离增加而减小；大吹气流量下吹气孔间的夹角的变化对钢包内流体混匀时间影响较小；通过不同吹气孔径向位置及夹角流场PIV测量及混匀时间试验得出的最佳吹气分布位置为(0.80R,0.80R,110°)。相较于吹气孔位置的影响，吹气流量是决定渣眼面积大小的关键因素。渣眼面积随着吹气流量的增大而增大，但当吹气流量大于12.6 L/min后，渣眼面积的变化趋于平缓。     

钢包底吹氩位置对钢水去夹杂影响的水模型研究

基于相似理论,利用1:9水模型研究了钢包吹氩钢水中夹杂物的物理行为,试验了不同底吹位置下吹气时间2～28 min、吹气量(1.19～4.75)×10^-2m³/h对夹杂物去除行为的影响。结果表明,较小吹气量在8 min内可将绝大部分的模拟夹杂物去除,而较大吹气量时,中心和偏心喷吹方式分别需要20 min和16 min;不管中心还是偏心喷吹方式,去夹杂效果均随吹气量的增加先增大后减小,且存在一个最佳去夹杂吹气量;较小吹气量范围内,偏心喷吹方式的去夹杂效果要优于中心喷吹方式,而较大吹气量范围内则相反。     

插入浸渍圆筒底吹氩钢包内钢液搅拌行为的水模型研究

以150 t钢包为原型,采用几何相似比1:7的水模型,研究插入钢包的浸渍圆筒直径(50~130 mm) , 插入深度(30~150 mm)和底吹气体流量(0.03~0.48 m³/h)对钢液混匀时间和液面振幅的影响。结果表明,随浸渍圆筒直径和插入深度的增加,液面振幅减小;随底吹气量增加,液面振幅增大;不插入浸渍圆筒时不发生卷渣的临界底吹气量为0.09 m~³/h,混匀时间为10 s;插入直径130 mm、深度90 mm的浸渍圆筒时,不发生卷渣的临界底吹气量为0.30 m³/h,最短混匀时间为4 s。实验数据回归分析得出150 t钢包内钢液均混时间-t’与底吹气量-Q’、浸渍圆筒直径-d’和插入深度h’的关系为t’=2.69+0.017 9 d’+0.011 2h’-0.425 Q’。     

氩气流量对100 t 底吹钢包内渣眼形成影响的数值模拟

通过建立的氩气底吹钢包三维非稳态三相流动数学模型以及Fluent软件和Simple算法研究了钢包精炼底吹氩过程保护渣的流动特性,并分析了喷嘴直径0.1 m时200~3500 L/min喷气量对渣眼尺寸、渣层运行的影响。结果表明,随喷气量增大渣眼增大,当氩气流量为400~2000 L/min时渣眼大小和钢包内流场分布较合理,有利于精炼;随渣层厚度增加,渣眼减小,但渣厚超过200 mm时,渣层厚度的增加对渣眼大小影响不显著。     

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。     

40t钢包炉吹氩操作数值模拟研究

通过数值模拟的方法，对建立在正交网格上的40t钢包（炉）进行了模拟研究，计算结果表明：吹氩气量的增加只是提高了钢包内钢液流动的绝对速度，没有改变钢包内钢液的流动形态；喷吹最佳吹气量为140L／min，弱搅拌的临界吹气量为100L／min；在临界吹气量下的搅拌混匀时间为350s左右。     

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%。     

LF精炼过程100 t钢包底吹氩卷渣水模拟研究

以钢厂100 t钢包为原型,根据相似原理模型与原型1:3.5的比例建立水模型。试验了对应实际吹气量31~237 L/min不同位置单喷嘴和双喷嘴吹气对卷渣情况的影响,发现原吹气孔位置(距钢包中心约0.45R)单喷嘴、距钢包中心0.6R位置单喷嘴、原吹气孔位置(约0.45R)双喷嘴和距中心0.6R位置双喷嘴吹气临界卷渣气量分别为113、93、31、82 L/min,因此实际精炼时软吹采用单喷嘴吹气,合金化阶段用双喷嘴吹气为宜。回归分析得出,单喷嘴吹气时裸露区直径D(/mm)与底吹气量Q/(L·min^-1)的关系式D=43.333Q+47.5(0.6相似文献   

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。     

Mathematical simulation of fluid dynamics during steel draining operations from a ladle

Fluid flow dynamics during ladle drainage operations of steel under isothermal and nonisothermal conditions has been studied using the turbulence shear stress transport k-ε model (SST k-ω) and the multiphase volume of fluid (VOF) model. At high bath levels, the angular velocity of the melt, close to the ladle nozzle, is small rotating anticlockwise and intense vertical-recirculating flows are developed in most of the liquid volume due to descending steel streams along the ladle vertical wall. These streams ascend further downstream driven by buoyancy forces. At low bath levels, the melt, which is close to the nozzle, rotates clockwise with higher velocities whose magnitudes are higher for shorter ladle standstill times. These velocities are responsible for the formation and development of a vortex on the bath free surface, which entrains slag into the nozzle by shear-stress mechanisms at the metal-slag interface. The critical bath level or bath height for this phenomenon is 0.35 m (in this particular ladle design) for a ladle standstill time of 15 minutes and decreases with longer ladle standstill times. At these steps, the vertical-recirculating flows are substituted by complex horizontal-rotating flows in most of the liquid volume. Under isothermal conditions, the critical bath level for vortex formation on the melt free surface is 0.20 m, which agrees very well with that determined with a 1/3 scale water model of 0.073 m. It is concluded that buoyancy forces, originated by thermal gradients, as the ladle cools, are responsible for increasing the critical bath level for vortex formation. Understanding vortex mechanisms will be useful to design simple and efficient devices to break down the vortex flow during steel draining even at very low metal residues in the ladle.     

浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺北大核心CSCD

针对浇注钢包环出钢口四孔透气塞吹氩控制下渣工艺,建立了某钢厂130 t钢包三维DPM-VOF耦合数学模型以计算浇注钢包下渣过程,并通过冷态实验验证了该模型的有效性。利用该模型研究了不同偏心率对下渣行为的影响,揭示了该工艺控制下渣的行为规律,并分析了吹氩流量对控制下渣的影响。结果表明,随着偏心率的增大,不同浇注高度下的最大切向速度减小,汇流漩涡临界高度降低。环出钢口四孔透气塞吹入氩气后,气泡流股的汇聚有效地减弱了水口上方钢液的周向旋转速度,大幅降低了汇流漩涡下渣临界高度。4个气泡流股的气液两相流会抑制流向水口钢液的径向流动速度,由排流沉坑引起的下渣也得到明显抑制。随着吹氩流量的增加,下渣临界高度呈降低趋势。就本研究而言,控制下渣的最佳吹氩流量为30 L/min。     

钢包浇注过程中旋涡临界高度控制

为了有效控制钢包浇注过程中汇流旋涡的临界高度,以150 t钢包为原型,基于相似原理,采用1∶3的物理模型,通过水模拟研究了钢包初始液位、静置时间、水口位置、水口结构和阻旋装置对汇流旋涡形成过程的影响.结果 表明,初始液位对旋涡的形成影响较小,而静置时间和水口位置的影响显著.在逆时针注水情况下,随着静置时间的增加,旋涡起...     

多喷管二段式新型引射器数值模拟

为了进一步解决铁钢包烘烤器在烘烤过程中烟气抽吸问题,提出了多喷管二段式扩压引射器结构,并利用Fluent软件对新型引射器进行数值模拟,分析不同喷管数量以及二段式扩压结构对烟气引射效果的影响。结果表明,随着喷管数量的增加,接受室内工作流体产生的低压区更为明显;喷管数量的增加使得混合室内工作流体与烟气混合更为均匀,流速分布范围减小;二段式扩压结构消除了单级扩压室出口的速度死区或回流区,扩压效果更加明显。引射器整体引射效果得到极大改善,四喷管二段式扩压结构的引射器在工作流体相对压力为0.3 MPa、烟气相对压力为200 Pa的情况下,引射系数高达1.42。     

阻漩装置对钢包浇铸过程漩涡的影响

钢包浇铸过程中,如果产生漩涡可能将渣卷入钢液中,从而给生产带来不利的影响。通过物理模拟的方法研究某钢厂钢包浇铸末期出现漩涡的现象,通过加入不同的阻漩装置,研究钢液起漩高度和贯穿高度变化。试验发现,起漩和贯穿高度随着钢包静置时间延长而减小,静置时间30 min时比静置5 min时起漩和贯穿高度分别下降37.88%和45.64%;阻漩装置的位置和尺寸均会对钢包漩涡高度产生不同的影响,阻漩装置位置或尺寸不合适,可能会使漩涡现象提前出现,恶化浇铸条件;在钢包侧壁上放置阻漩装置,漩涡出现高度可降低46.69 %以上。钢包底部阻漩装置距离水口位置增大时,阻漩效果增加。     

钢包水口偏心率对浇注过程影响的数学模拟

 钢包的水口偏心率会显著影响浇注末期汇流旋涡的形成和发展过程。基于钢包特征设置合理的水口偏心率,有利于控制旋涡形态、抑制旋涡的危害。但是偏心率的变化如何改变流场,对浇注过程产生哪些影响,目前的研究并不充分。通过数值模拟方法,研究了水口偏心率对钢包流场和旋涡的影响规律,同时定义了“影响度”指标,定量分析了偏心率对浇注过程中表征流场和旋涡特性的14个物理量(如水口流量、旋涡角速度、湍动能、水口含气率等)的影响程度。结果表明,水口偏心率和各物理量之间存在非线性关系;不同物理量变化的临界点不同,普遍为0.5~0.7,旋涡的稳定性和容器壁面是影响临界点的主要因素。     

Mathematical Simulation of Flow Phenomena in CAS-OB Refining Ladle

SymbolList　　Ag———Projectareaofgasbubble ,m2 ;　　C1 ,C2 ,Cμ———Empiricalturbulentconstants;　　Cd———Dragcoefficient;　　Cf———Frictioncoefficient;　　db———Diameterofbubble ,m ;　　dmax———Maximumdiameterofbubble ,m ;　　dp———Diameterofporousplug ,mm ;　　ds———Innerdiameterofsnorkel,mm ;　　dt———Topdiameterofladle ,mm ;　　du———Bottomdiameterofladle ,mm ;　　F———Interphasefrictionforce ;　　Fi———Additionalforce ;　　g———Gravityaccelerationconstant,…     

100 t底吹氩钢包插入浸渍管对钢液流场影响的数值模拟

以100t单孔底吹氩钢包为原型,应用三维连续性方程、动量N-S方程及湍流κ-ε双方程模拟了底吹氩过程中钢包内的钢液流动状态。利用Mixture多相流模型对单孔吹氩（0~700 L/min）过程进行数值模拟,对比分析插入直径691.05 mm,深650 mmn浸渍管前后钢包内的流动状态和钢液表面的卷渣。结果表明,无浸渍管时,临界卷渣吹气量为102 L/min,插入浸渍管后,临界卷渣吹气量增大到217 L/min。插入浸渍圆筒可以在增加吹氩量的条件下提高钢液搅拌效果,加速钢液混匀。     

多孔水口对轴承钢280 mm x325 mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。     

PIV measurements on physical models of bottom blown oxygen copper smelting furnace

A 1/5 scaled physical slice model of a bottom blown oxygen copper smelting furnace was established to investigate the flow field characteristics in the pool and in the freeboard above the pool. Particle image velocimetry technique was applied to measure the flow field in different depths of the pool, installation angle of the nozzle and gas flow rate. It was found that two circulations were divided by the jet zone above the nozzle. Above the nominal liquid surface level, there is a fountain zone where splash and liquid droplets occur. With the growth of pool depth, the distribution of velocity tended to become uniform. The area of dead zone decreased and mean velocity became larger. Different installation angles of nozzle will cause very different flow patterns. As the increase of gas flow rate, the area of dead zone decreased and the mean velocity increased.