金属熔池中浸入式侧吹射流行为

利用水模型和数学模型研究了金属熔池中浸入式侧吹射流的行为和混合效率.讨论了Themelis和Brimacombe等人研究结果的分歧,指出金属熔池中侧吹气体射流的结构受气泡生成的影响,射流轨迹不符合Szekely计算方法得出的规律.     

底吹气中间包内流动与夹杂物控制

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,采用水模型的方法对底吹气中间包内的流动和夹杂物控制进行研究.结果表明,采用自行设计的装置进行底吹气,能够在中间包内形成均匀、稳定而又细小的气泡;底吹气能够在中间包内形成微气泡形式的"气幕挡墙","气幕挡墙"的形成能有效地破坏中间包内"层流"结构的流动形式,避免形成短路流动,提高平均停留时间,缩小死区体积分率;在吹气位置的选择上,采用中部位置(B2)进行吹气,效果较好;采用底吹气的方式可以实现对中间包内流动的控制,且不需要大的气体流量;底吹气有利于中间包内夹杂物的去除.     

换向方式对蓄热式加热炉热过程影响数值模拟

基于商业软件CFX4．3和自编程序，建立了三维非稳态HTAC加热炉内热过程的CFD仿真系统，并以国内某HTAC加热炉为对象，分析了不同的换向燃烧组织方式对HTAC加热炉内多烧嘴喷射射流的卷吸、燃烧现象以及钢坯在炉内的加热过程的影响。结果表明：采用分段同侧换向控制的HTAC加热炉能获得很好的流场和温度场分布，基本满足高质量的钢坯加热需要，但该炉在生产条件下的温度制度存在不合理之处，在今后设计和操作中应进一步优化和改进；全同侧换向控制的火焰布置方式不利于钢坯的均匀、快速加热；而采用交叉换向控制的火焰布置方式可以改善加热炉内的流场和温度分布，更有利于满足钢坯的加热工艺要求。     

蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析

为了分析蓄热式钢包烘烤装置的加热均匀性,在连续性方程、动量方程和能量方程基础上,建立了多入口、多出口的非稳态钢包烘烤数学模型。采用k-ε模型和修正的速度-压力耦合算法SIM PLEC,针对耦合流体流动、燃烧和换热过程,对不同气体预热温度下钢包内衬温度分布进行数值研究,并进行实验验证,数值计算结果与实验及工程现象基本吻合。研究结果表明,采用高温空气燃烧技术的蓄热式钢包烘烤器,能够有效提高钢包的烘烤速度和加热均匀性;气体预热温度越高,高温低氧燃烧特性越明显,包衬终点温度越高,温度均匀性也越好。     

蓄热式钢包烘烤的数值模拟

为了对钢包的烘烤温度进行在线预测,笔者耦合了流体流动、燃烧和换热过程,建立了多入口、多出口的三维非稳态钢包烘烤数学模型。利用计算流体力学软件CFX4．3,采用有限差分方法和修正的速度一压力耦合算法SIMPLEC,计算了某厂蓄热式钢包内衬的温度分布,重点分析了不同气体预热温度下钢包内衬温度的变化规律,并进行了实验验证。结果表明,采用助燃空气一煤气双预热的蓄热式燃烧技术能够有效地提高钢包的烘烤速度和加热均匀性;气体预热温度越高,包衬终点温度越高,温度均匀性也越好。计算结果与实验及工程现象基本吻合,证明该模型对指导现场生产具有重要意义。     

底吹气连铸中间包内气液两相流的数值模拟

以宝钢集团梅山钢厂1台连铸中间包为原型,进行底吹气中间包水模型研究. 实测结果表明,底吹气在中间包内形成"鼓泡流"形式的流动结构;"鼓泡流"的形成一方面能够破坏中间包内"层流"形式的短路流动,增强混合,另一方面能在中间包内形成"气幕挡墙",有利于夹杂物去除. 针对中间包内气-液两相"鼓泡流"特征,建立了底吹气中间包内气-液两相欧拉多流体模型,模型中考虑了气泡的存在对湍流增强的影响,考虑了相间滑移、气泡浮力及湍流分散力. 采用所建立的模型对底吹气中间包内气液两相流动和混合特性进行了模拟和分析,结果与水模型实测结果一致.     

侧吹金属熔池内的搅动现象

针对浸入式侧吹高碳锰铁快速脱碳技术，研究了侧吹熔池内的三维流动特征．对气体喷吹熔池进行实测，以测量结果为基础，用CFD的方法对熔池中气体射流行为进行三维数值计算研究，在计算中考虑了气液相间的滑移和气泡形成阻力对流体流动的影响．研究结果表明：G．A．Irons等有关熔池浸入式例吹射流的描述方法用于描述金展熔池的射流行为不恰当，为此，对其进行了修正．研究结果表明，修正后浸入式例吹能更有效吸收气体流股的冲击能量，减少喷溅，熔池中易于形成有利于体系混合的环流，因而有利于高碳锤脱碳过程的进行．     

五流非对称结构中间包流动及传热特征数值模拟

为优化某钢厂非对称结构中间包内流体流动、均匀各流钢液温度、延长近水口平均停留时间,以达到提高铸坯质量的目的,对工厂原方案及两个优化方案进行流场、温度场及停留时间的数值模拟计算.结果表明无控流装置的原中间包流动及温度场分布不合理,优化方案有了明显的改善,并确定了最佳方案.     

蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析

为了分析蓄热式钢包烘烤装置的加热均匀性，在连续性方程、动量方程和能量方程基础上，建立了多人口、多出口的非稳态钢包烘烤数学模型。采用k-ε模型和修正的速度-压力耦合算法SIM-PLEC，针对耦合流体流动、燃烧和换热过程，对不同气体预热温度下钢包内衬温度分布进行数值研究，并进行实验验证，数值计算结果与实验及工程现象基本吻合。研究结果表明，采用高温空气燃烧技术的蓄热式钢包烘烤器，能够有效提高钢包的烘烤速度和加热均匀性；气体预热温度越高，高温低氧燃烧特性越明显，包衬终点温度越高，温度均匀性也越好。     

蓄热式连续推钢加热炉内钢坯加热过程动态数值模拟

基于商业软件CFX4.3和自编程序,建立了一套CFD模拟系统,并以新钢公司80 t/h蓄热式加热炉为对象,对其进行适当简化的三维动态数值模拟研究,分析了钢坯在炉内的加热过程,并与生产记录数据和现场测试进行对比. 结果表明,蓄热式加热炉能获得较好的流场和温度场分布,钢坯出炉前温度达到1460 K以上,钢坯内各节点的温差不超过10 K,基本满足高效、低耗的钢坯加热工作需要. 但本研究的蓄热式加热炉在生产条件下的温度制度仍存在一定的不合理之处,钢坯离开加热段进入均热段时其表面平均温度为1350 K左右,均热段大部分时间内钢坯仍在被加热,影响均热效果,在今后设计和操作加热炉时应加以改进.