旋转电极电渣重熔过程电极熔速的理论解析

摘要：旋转电极电渣重熔通过改变结晶器内熔体的流动和传热规律,增强了渣池与电极间的对流换热,在提高电极熔化速率和生产效率方面具有巨大潜力。提出了电渣重熔过程电极熔化速率的求解方法,并考虑了电极旋转时的强制对流,基于多物理场耦合模型预测了电极直径、转速对电极熔化速率的影响规律。结果表明,随着转速提高,金属液滴由从电极中心滴落向电极边缘滴落转变,高温区由渣池外侧向渣池中心移动。当转速从0增大至90r/min,55mm直径电极的熔化速率从7.90g/s增大至9.68g/s,对比固定电极,转速为90r/min时,生产效率最多提高了22.5%;进一步增大转速,电极熔化速率反而减小。存在一个最佳转速可使熔化速率达到最大,且该最佳转速随着电极直径的增大而减小。     

底吹电弧炉熔池混合过程的模拟研究

实验测量了电弧炉底部单喷嘴和多喷嘴喷吹的熔池水模型中混合时间和若干断面流场、混合时间随喷嘴直径、数量、位置及示踪剂投放点变化的函数关系。通过数值法求解了熔池流场及其混合过程。结果表明，仅靠增加喷嘴直径来改进熔池搅拌效果不显著。偏心、深熔池处布置的多喷嘴喷吹的流场混合能力较强，原因是这样布置使熔池流场具有较强烈的圆周方向对流并能获得更多的搅拌功率。     

RH精炼系统气液两相旋流现象的研究

在RH真空精炼过程中,钢液循环流量直接影响真空精炼效率.目前,高性能钢种的精炼过程面临着循环流量低,去除夹杂物不彻底等一系列问题.本文在RH真空脱气装置的水模型上升管处施加旋流以提高系统的精炼效率,通过水模型试验,比较有旋流和无旋流上升管中气液两相流体流动现象的差别.利用超声波流量计测量系统的循环流量,利用摄像机记录气液两相流动状态.结果表明,与无旋流情况相比,施加旋流后循环流量显著加大.由于离心力作用,密度小于液体的气泡和夹杂物同时积聚在管道中心区域,从而使气泡与杂质物碰撞合并的机会大大增加;同时还能够避免气泡吸附在管壁上,提高了RH真空精炼装置的寿命.     

抽风式预热过程浸入式水口升温特性研究

以宝钢的利用喷射引流技术预热浸入式水口为原型,建立抽取烘烤中间包余热的抽风式预热装置数学模型.运用有限体积法对水口预热过程进行流固耦合计算,研究水口预热温度在不同预热时间和进出口压差条件下的变化情况,分析水口预热质量与压差之间的关系.结果表明:水口颈部升温曲线在前30 min接近线性变化,随着预热的进行温升率逐渐降低;进出口压差对浸入式水口预热质量影响显著,压差越大,水口关键点预热温度越高,水口轴向温度梯度越小,温度分布更合理.     

叶顶间隙对轴流风机性能影响的大涡模拟研究

为了研究分析叶顶间隙对轴流式通风机性能的影响,分别对1mm、2mm和4mm的三种叶顶间隙建立了三维全流道作为计算域,采用大涡模拟方法对其三维全流场进行数值模拟,得到了轴流式通风机的效率和压升随流量的变化曲线,对比分析了不同的叶顶间隙对风机性能的影响,另外,得到了叶顶泄漏涡的强度和影响区域随着叶顶间隙的增大而增大。     

三相电极电渣重熔过程温度场与流场研究

基于有限体积法发展了三相电极电渣重熔过程的瞬态多场耦合数学模型.通过简化麦克斯韦方程组得到适用于电渣重熔体系的电磁场输运方程,计算出了洛伦兹力和焦耳热的分布,并将两者分别耦合到动量与能量方程中.同时采用RNG k-ε湍流模型计算湍流粘度,通过自定义函数描述电极的集肤效应.研究结果表明:焦耳热主要集中在渣池内,其最大值在电极底部内侧与渣的交界处.渣池内温度较高,分布比较均匀,温度的最大值出现在三根电极中心的渣层区域.渣池内的流动由重力、洛伦兹力和浮升力引起的.三电极的金属熔池是一个U型剖面,相较于单电极的V型金属熔池剖面更浅、更平缓.     

Modeling of Three-Phase Flows and Slag Layer Behavior in an Argon Gas Stirred Ladle

建立了底吹钢包内气/钢液/渣三相流动数学模型, 利用多相流动体积法(VOF)模拟了渣层运 动行为. 模型结果再现了底吹钢包内气/钢液/渣三相流动现象. 当Ar气被吹进钢包时, 在 钢液内产生气泡, 上升的气泡间 歇地冲击并突破渣层, 产生渣眼; 同时, 渣层发生波动, 波动频率随着Ar气流量的增加而增加. 参数研究显示: 220 t钢包底吹流量由100增加到 300 L/min, 渣眼直径由0.43增加到 0.81 m. 计算的无量纲渣眼面积与文献中渣眼的实 验结果很接近. Ar气喷吹期间, 渣层发生重大的变形, 近渣眼处的渣层变薄, 近钢包壁 处的渣层变厚. 渣眼周围钢液流速很大, 并导致部分渣滴卷入钢液中.     

RH真空循环脱气装置水模型循环流量的实验分析

循环流量是判断RH真空脱气装置冶炼效率的最重要的指标之一。本文中采取了两种方法－－超声波流量计法和粒子示踪法对RH真空脱气装置的水模型的循环流量进行测量分析，同时也研究了新型的多管RH装置的循环流动，比较新型装置同传统装置的循环流动的差别。结果表明：利用超声波流量计和粒子示踪法两种方法测量的结果都显示新型多管RH真空脱气装置循环流量大于传统的两管RH装置循环流量，并且，随着喷入气体量的增加，新装置循环流量的增加幅度也大于传统装置的增加幅度。     

重力势能驱动旋流冶金反应器流动特性数值模拟

重力势能驱动的冶金反应器是一种仅利用钢液本身的重力势能作为动力驱动产生旋流,借用旋流的力量对钢液进行搅拌,无需外加动力和物质的炉外精炼设备.应用CFD软件Fluent对重力势能驱动的旋流冶金反应器进行三维数值模拟,并对几何模型的建立、网格生成技术、湍流模型、离散方法、欠松弛因子及边界条件等问题进行了探讨.模拟结果表明,该冶金反应器可以产生可观的旋流,在漏斗型反应器的壁面加不同形式的叶片会产生不同强度的旋流,在已知的3种叶片形式中,前弯型叶片产生的旋流效果最佳.数值模拟所获得的轴截面上的速度分布规律与水模型实验研究结果基本吻合,验证了数值模拟的可行性,同时也为进一步研究重力势能驱动旋流冶金反应器的结构优化和冶金性能预测提供参考.     

铁锰合金颗粒在底吹钢包内的运动分析

建立了底吹钢包内加入合金后的运动过程数学模型，计算了铁锰合金颗粒在吹氩钢包内的熔化过程和运动轨这。结果表明，铁锰合金颗粒的熔化时间长于其在钢液中的浸没时间，影响颗粒运动行为的两个显著因素是合金的密度直径。合金密度与钢液越接近、颗粒直径越大，越有助于增加颗粒在钢液中的浸没时间，但颗粒直径的增大受熔化时间的限制。