吹氩模式对钢包内多相流流动行为影响的数值模拟研究

以某钢厂150 t钢包为对象,通过数值模拟手段研究了吹氩模式和吹氩流量对钢包流场、钢渣界面行为和壁面剪应力分布的影响。结果表明:单孔吹氩模式下,钢包内环流远端流速低,钢渣界面流动不活跃,易导致此处渣层冷凝结壳;双孔等流量吹氩模式下,随着吹氩流量增大,钢渣界面流速增加,但其流动活跃性降低;双孔差流量吹氩下,大吹氩流量时钢渣界面能维持一定范围的活跃流动。当吹氩流量在120~240 L/min范围,单孔吹氩所形成的渣眼面积大于两种双孔吹氩模式;当吹氩流量超过240 L/min,双孔等流量吹氩下渣眼面积最大,双孔差流量吹氩对应的渣眼面积最小。另外,单孔吹氩下壁面剪应力最大,应力面积较小,双孔等流量吹氩下剪应力虽然显著降低,但分布区域面积增大。综上所述,双孔差流量吹氩模式可以在提高钢液精炼效率的同时,降低对钢包内衬耐火材料的流动侵蚀。

不同钢包底吹氩模式对钢液精炼效果的影响

以180 t双孔底吹氩钢包为研究对象,对6种钢包底吹氩模式进行数值模拟,并结合现场试验与当前采用的吹氩模式进行对比。研究发现:(1)钢液的混匀时间随吹氩量的增加而减少,吹氩量一定时,差流量吹氩模式对钢液的搅拌强于等流量吹氩模式。(2)不同的钢包底吹氩模式,渣眼形成的位置不同,渣眼面积也不同。总流量一定时,差流量吹氩模式钢液面最大流速大于等流量吹氩模式,易发生钢液卷渣。(3)差流量吹氩模式渣线处渣层厚度的波动大于等流量吹氩模式,且流量差值越大,波动越剧烈。(4)差流量吹氩模式通过“强-弱”流股的配合,进一步强化了钢包底吹氩的钢液精炼效果。工业试验表明,采取等流量吹氩模式(500 L/min—500 L/min),钢中的较大夹杂物的数目明显多于差流量吹氩模式(400 L/min—600 L/min)。

底吹氩钢包内废钢熔化行为的数值模拟

以某厂70 t钢包为研究对象,采用数值模拟的方法对比了吹氩量对钢包内不同比表面积和预热温度的废钢熔化行为.结果表明:废钢熔化速度随着比表面积的增加而加快;底吹氩气可显著加速废钢熔化,但随着比表面积的增加吹气的促进效果逐步减弱.有底吹氩时,比表面积为120、130.22和160.81 m^(2)·m^(-3)的废钢中心温度上升速率相较于无底吹氩时分别提高了7.06、6.51和3.73 K·s^(-1),熔化速率分别增加了0.92、0.88和0.28 cm^(3)·s^(-1),熔化时间分别缩短了17、15和3 s.板形废钢初始温度由300升到1000 K时,其熔化速度由2.97提高到3.26 cm^(3)·s^(-1),熔化时间缩短了3 s.底吹氩流量显著影响废钢熔化速度,当氩气流量由100增至200 L·min^(-1)时,比表面积为120、130.22和160.81 m^(2)·m^(-3)的废钢熔化时间分别由44减小到35 s、42减小到34 s及34减小到31 s.

底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究

钢包底吹氩是二次精炼中的常用手段,在均匀温度和成分、促进钢渣界面反应、去除夹杂物等方面效果显著,然而底吹氩在搅拌钢液的同时会加剧壁面耐材熔损,降低钢液洁净度,影响钢包寿命和使用安全性。采用数值模拟的方法研究了底吹氩钢包内钢渣流动及固液间传热行为,分析了单孔和双孔吹氩下气泡上浮及钢渣界面行为,对比了钢包不同结构界面处温度分布,探讨了吹氩量对钢包内流动传热及界面温度分布的影响。结果表明:底吹氩钢包内气泡羽流呈倒锥状分布,随着距渣眼距离的增加,钢渣界面速度和温度逐渐降低;同一气量下,相较于单孔吹氩,双孔吹氩下气泡羽流扩张角增大,渣眼面积减小,钢渣界面最大速度和湍动能较小;钢包不同结构界面温度由内向外逐渐降低,各界面渣线高度位置和底部存在较大的温度梯度;底吹氩所形成的局部循环流会导致工作层壁面的近钢渣界面位置形成高温热点区域。增大吹氩量,壁面高温热点区域温度和范围增大,近钢渣界面壁面的最大周向温差在20 K左右,双孔吹氩模式和低吹氩量有利于减小壁面周向温差。

LF精炼过程中通电升温阶段底吹氩方式的优化

在LF(ladle furnace)精炼过程的通电升温阶段多采用双喷嘴等流喷吹的吹氩方式.本文提出一种双喷嘴差流吹氩的底吹方式,以某钢厂135 t钢包为原型设计1∶4非等温水模型实验平台,在总流量相同的情况下进行底吹比例为1∶1,2∶1和3∶1的温度均匀化实验,结果表明底吹比例为2∶1时的各监测点无量纲温差最小,均匀化效果最好.建立流动-传热耦合数学模型对实验结果进行验证,结果表明在总流量相等的情况下,底吹比例为1∶1,2∶1和3∶1时流动死区占比分别为14.1%,9.1%和9.8%,温度死区占比分别为6.2%,2.6%和0.3%,2∶1差流底吹方式在活跃流场和促进温度均匀化方面具有优势.

增大钢包吹氩量对夹杂物去除的影响研究

在渣洗工艺中,夹杂物的碰撞长大和吹氩促进上浮尤为重要。在其他条件不变的前提下,通过延长转炉炉后吹氩时间来增大吹氩量,重点分析不同吹氩量对渣样成分、钢中夹杂物成分、尺寸及平均密度的影响,从而确定最适合目前生产的最佳吹氩量。

长水口吹氩对中间包流场和渣层行为影响的数值模拟研究

通过建立中间包内多相流非稳态数学模型,研究了长水口吹氩对中间包内流场的影响,分析了吹氩流量与渣眼面积和卷渣量之间的关系。结果表明,在扩张型长水口吹氩时,氩气泡流容易聚集于长水口的喇叭口处。由于浮力作用,吹氩造成的气泡流在湍流抑制器上方会产生较强的上升流,钢液涡度分析显示,这有利于夹杂物的碰撞长大和上浮去除。对于该50 t两流中间包,在拉坯速度为1.2 m/min条件下,当长水口吹氩流量为1.5×10^(-4)Nm^(3)/s时,既能有效促进夹杂物的上浮去除,也可使渣眼面积控制在较低范围内;而吹氩流量大于2.5×10^(-4)Nm^(3)/s时,会加剧渣眼形成和卷渣程度,导致钢液发生严重的二次氧化。

120 t钢包底吹氩自动对接技术应用实践

针对马钢120 t钢包底吹氩自动对接技术在实际应用过程中存在的密封圈使用寿命偏低问题,分析了产生的原因并提出了具体的改进措施,提高了钢包底吹氩自动对接的可靠性和生产的安全性。

中间包感应加热与吹氩协同控制工艺数值模拟

中间包采用感应加热与吹氩协同控制工艺有望实现高效去夹杂及低过热度浇铸。针对该工艺,并结合国内某钢厂的感应加热中间包建立三维非稳态数学模型,研究其磁场的分布规律,并对比分析了有无吹氩及吹气量对其流场、温度场以及夹杂物去除的影响。结果表明:感应加热中间包内偏心电磁力最小值偏离通道几何中心10 mm,沿通道径向距线圈较近位置焦耳热略有增加。吹氩使感应加热中间包内钢液在气幕两侧各形成一个循环流,消除了中间包角部流动不活跃的小循环流;且浇注区温度分布更均匀;与无吹氩感应加热中间包相比,吹氩后夹杂物去除率增大了0.4倍,有更好的去夹杂效果。吹气量在10~40 L/min时,靠近通道一侧下方存在流速较小的小循环流;当吹气量增至55 L/min时,浇注区内开始形成稳定的气幕,并在其两侧各形成一个循环流;就本研究而言,55 L/min的吹气量有最佳的控流及去夹杂效果。

精炼炉钢包底吹氩控制装置的设计研究与应用

炼钢过程中,现使用的精炼炉钢包底部的吹氩设备多直接与外部供气管道连通,无法控制精炼炉钢包内各透气砖的供气量,同时缺少补压设备,一旦供气管道出现供气异常,就会导致精炼炉钢包内反应不充分。针对此问题,结合现有的精炼炉钢包底吹氩控制装置的设计与应用问题进行深入剖析,研究出一种新的精炼炉钢包底吹氩控制装置,并具体介绍该装置的设计结构、设计原理及应用优势。

140t铁水包底吹氩混合特性物理模拟研究

针对铁水包底吹搅拌工艺,以某厂140 t铁水包为原型,基于相似原理建立物理模型,探索了合理的混匀时间测定方法,研究了圆底及平底铁水包底吹氩的混匀特性,并考察了气量、透气砖位置及高径比对混匀特性的影响规律。提出一种合理的混匀时间测定方法,即:通过示踪流场找出混匀较慢的几个典型监测位置并测定其混匀时间,将所测数据的最大值作为本方案的混匀时间。研究结果表明:圆底铁水包中心底吹下,随吹气量增大,混匀时间整体呈减小趋势,最佳混匀气量为800 L/min,且混匀时间随高径比增加呈先增大后减小的趋势;中心底吹下,当吹气量小于200 L/min时,圆底铁水包的混匀效果要明显好于平底铁水包,当吹气量超过300 L/min后,平底与圆底铁水包的混匀效果相差不大;就本研究而言,平底铁水包中,随高径比增大,混匀效果最佳底吹位置由中心向0.33R偏移,且0.67R孔底吹的混匀效果始终最差。

钢包自动底吹氩装置在炼钢厂的应用分析

目前所采用的精炼炉钢包底吹氩装置大都是直接和外界的供气系统相连,无法对精炼炉钢包内的每个透气砖的供气量进行有效的调控。同时,由于缺乏额外的压力补偿装置,如果供气系统发生故障,将可能引发精炼炉钢包的反应速率降低。对此,本文将对当前精炼炉钢包底吹氩控制装置的设计和使用问题进行详细的探讨,从而找到一种全新的精炼炉钢包底吹氩控制装置。

连铸钢水吹氩工艺研究

为考察顶吹氩、底侧吹氩及底吹氩的冶金效果，分别进行了三种吹氩工艺的对比试验。结果表明，底侧吹氩和底吹氩工艺的冶金效果均优于顶吹氩工艺，钢水质量均能满足连铸要求。

60吨LF炉底吹氩的水模研究

以酒钢60tLF炉为原型,通过水模实验,对LF炉吹氩工艺的合理性进行了探讨,提出了改进建议。

优化钢包吹氩系统的生产实践及研究

围绕提高氩站钢水成分内控命中率通过改进钢包透气砖的布置、改善吹氩操作等措施 ,使氩站钢水成分内控命中率由 84 .2 %提高到了 96 .2 5 %。

基于底吹氩气模型的LF炉钢包底吹氩孔布置优化

针对首秦公司LF炉由于氩气底吹位置布置不合理,造成LF炉精炼过程氩气流量无法实现精准控制的问题,利用FLUENT分析软件,建立了钢包底吹氩气模型,优化吹氩孔的位置。研究结果表明,吹氩孔位置距钢包中心由424 mm外移到711 mm,吹氩孔夹角由90°增大到122.4°,混匀时间减少126s,两相区流体动能增大,有利于能量的充分利用,加快粉剂的扩散和夹杂物的上浮。

高拉速吹氩板坯连铸结晶器内的卷渣机理研究

基于相似理论,利用物理模型研究了高拉速吹氩条件下结晶器内的卷渣行为,考察了工艺操作参数对结晶器内液面波动和卷渣行为的影响．研究结果表明：在结晶器水口吹气条件下,大气泡对渣层的卷混是引起卷渣的主要方式,其次是漩涡卷渣,通常认为的剪切卷渣则不易发生．此外,本研究还对各种卷渣行为进行了分析,揭示其内在机理,提出了避免卷渣的措施．

钢包炉吹氩与夹杂物去除

为了掌握钢包炉的冶金功能和去除夹杂物的规律,分析了钢包炉的精炼功能和精炼过程中钢液的流动行为及其对夹杂物去除的影响。探讨了钢包炉吹氩时夹杂物颗粒的去除效率与搅拌功、均匀混合时间、氩气泡直径、夹杂物直径、透气砖数目、吹氩流量及吹氩时间之间的关系,提出了合理的钢包炉底吹氩制度,以满足钢液精炼的要求。

板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的影响

板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩使结晶器流场发生改变,引起液面波动,造成铸坯卷渣。为了的这一问题,采用大样电解方法结合扫描电镜技术,研究了板坯连铸结晶器浸入式水口不同吹氩量和吹氩分配方式对铸坯夹杂物的数量和类型的影响,提出了减少卷渣的合理结晶器吹氩量和吹氩分配方式,得出了卷渣占结晶器夹杂物的比例超过半数的结论。分析表明合理的吹氩参数对减少结晶器卷渣有着重要的意义。

水口吹氩对结晶器弯月面波动的影响

水口吹氩时，结晶器液面波动行为对夹杂物的去除、卷渣、漏钢和拉裂的防止很重要。利用水模型实验研究了氩气流量、浇铸速度、铸坯宽度和浸入式水口的张角、出口面积、浸入深度对结晶器弯月面波动的影响，并运用数值模拟方法对结晶器流场和实验结果进行了分析。