厚板坯气泡形貌、分布及携带夹杂物的原位分析

对管线钢X70厚板坯进行分层刨削, 并对厚板坯内气泡尺寸、形貌及其携带夹杂物的情况进行原位分析.结果表明, 厚板坯内约94%的气泡直径在200μm以下;厚板坯皮下8 mm范围内气泡及其携带的夹杂物缺陷较多, 继续深入刨层, 基本上难以发现明显的气泡及其携带的夹杂物, 只在个别位置发现了少许气泡, 且表现出了一定的偶然性;气泡形态以单个气泡和孪生气泡为主, 还有少许葫芦形气泡以及“四瓣”形气泡;发现了四种夹杂物的存在形式:氧化物、团簇状夹杂物、气泡群夹杂物以及夹灰.     

半自磨机磨矿过程的模拟研究进展

半自磨机(SAG)凭借流程短、易操作和成本低的优势,近年来在一些大型选矿厂的磨矿环节得到了广泛应用。半自磨机磨矿过程由于矿料之间复杂的相互作用而表现出广泛的动力学特性和流体特性。 利用工业试验对磨矿过程开展研究成本高且难度大,而模拟方法能够可视化分析矿料运动特点,便于揭示并掌握磨矿过程规律。离散单元法(DEM)、光滑粒子流体动力学(SPH)和计算流体动力学(CFD)是目前主要的半自磨机磨矿过程研究方法。本文介绍了三种方法的基本原理及模型耦合过程,对比并总结了不同方法的适用性。在此基础上重点回顾了不同模拟方法对半自磨机磨矿过程中矿料运动状态和衬板磨损及优化两个方面的研究进展,并展望了未来可能的研究方向。     

现代流体力学的冶金应用

介绍了现代流体力学在冶金应用中面临的边界条件和材料物性数据等问题.并着重评述了钢包精炼和连铸结晶器过程中流动及相关现象研究进展,指出炼钢过程中数值模拟的目标不是获得描述某给定过程的精确数值,而是获取过程知识,特别是获取实验无法得到的信息.数值模拟不能代替实验,相反是扩大实验的内容.将来的研究面临更复杂的三维、时间相关的多相反应系统或气金渣等自由表面问题的挑战.     

火焰清理过程中射流合并对板坯表面质量的影响

随着钢坯表面质量的要求日益严格,火焰清理板坯表面沟痕问题备受瞩目。本文发展了一种三维数学模型来研究火焰清理机的气体流动规律和冲击特性,采用标准k-ε模型来模拟气体的可压缩流动,计算了预热阶段和清理阶段下不同的流场结构,揭示了火焰清理沟痕的产生机理,探讨了不同烧嘴结构对沟痕的影响,分析了清理沟痕的优化方法。结果表明:火焰清理沟痕主要是由平行多孔射流康达效应引起的,射流合并现象导致钢坯表面射流冲击强度不均,从而产生"垄沟"状清理沟痕;烧嘴结构显著影响沟痕分布,射流方向应与喷嘴出口端面垂直,导流板角度要适当,不宜使射流任意掺混也不宜抑制射流发展;喷嘴台阶高度主要影响冲击沟痕深度,而对分布规律影响较小。     

底吹中间包两相流体流动及夹杂物传输行为的模拟研究

采用数值模拟手段,结合水模型实验,研究了中间包底部吹气过程对中间包内流场及夹杂物传输行为的影响。结果表明,在吹气条件下中间包采用挡墙控制有利于改善中间包流场,促进夹杂物上浮。在实验条件下双板多孔挡墙控制去除夹杂物效果优于堰－挡墙控制形式。     

RH真空精炼系统气液两相循环流动的均相流模型

提出一种修正的均相流模型，即在模型的含气率守恒方程中引入气相水平滑移速度，该速度只存在于喷嘴附近的区域，其物理作用是将气体导入流体中．计算实践表明，修正的均相流模型能够解决侧吹装置中的气液两相流动问题．同水模型的实验观察比较表明，该模型模拟的气相分布特征同水模型观察结果符合较好．     

连铸结晶器内钢液涡流现象的水模型观察和数值模拟

利用水模型观察连铸结晶器内导致钢坯质量下降的涡流现象。提出蛇型结构结晶器水模型，撒入黑芝麻以显示结晶器内自由液面流谱。用可调曝光时间的照相机记录涡流图案。实验中观察到较为稳定的单个涡和偶尔出现的两个对称涡现象。在数值模拟中。将浸入式水口移离中心位置，从而可产生偏流和涡流。实验与模拟的结果表明：结晶器内三维偏流导致涡流的出现，涡流位于水口较低流速一侧，涡流强度取决于拉速和水口偏离中心的程度。     

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.     

矿热炉内镍铁还原过程电流密度分布与温度场的有限元分析

矿热电炉埋弧还原焙烧渣过程是利用"回转窑焙烧—电炉熔炼法"(RKEF法)冶炼镍铁合金工艺中的关键环节.本文建立了矿热炉熔炼镍铁过程中三维多物理场的数学模型,模型中采用Maxwell方程、Joule定律结合能量方程,对矿热炉内料层、渣层和产品层的一体化系统进行电磁行为和传热过程有限元分析.由于料层中电极下方坩埚区对熔炼过程有重要影响,在炉体建模时,建立比圆柱形更复杂的碗型坩埚区模型,采用结构化网格,使计算结果更接近生产实际.本研究着重分析了炉内电流密度分布规律,并且考查了电极直径、极心圆直径和炉膛高度对温度场分布的影响.结果表明:流经电弧时电流密度较高,成发散状,进入渣层后电流密度减小并重新分布;渣层和料层的交界区域为主要的产热区域;高温区集中在电极底端与坩埚区,料层内温度梯度大;渣内温度呈分层分布,纵向温度梯度大于径向温度梯度;镍铁层温度分布较为均匀;减小电极直径可以使炉内温度升高,但制约电极直径无限减小的因素是电极承载电流能力;减小炉体高度可以使炉内温度升高,但炉体高度也要受产量因素制约.     

流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响

利用数学模型求解包含电磁力项的Navier-Stokes方程得到流场的速度分布，以流场为基础，建立夹杂物粒子群运动的计算模型，利用水模型实验检验单一球体运动轨迹的计算结果。没有磁场作用时，所有粒子分两组分别进入上下回旋区作螺旋线运动，部分粒子在回流区内作螺旋线运动后又进入水口射流区，然后再进入反向回流区，处于上部回流区的夹杂物具有去除的可能性，吹入氩气能增加夹杂物粒子进入上部回流区的机会，从而提高夹杂物粒子的去除率，施加磁场后，夹杂物粒子的螺旋运动消失，同时粒子的运动速度明显降低，吹入氩气和施加磁场两者均能有效地控制夹杂物粒子群的运动。