电渣重熔体系内磁场的数学模拟

基于Ｍａｘｗｅｌｌ方程组及有关的电磁场理论，提出了更切合实际情况的电渣重熔体系内磁场的数学模型，并应用于结晶器直径２００ｍｍ的实验室重熔装置．对直径７６ｍｍ低碳低合金钢电极的重熔过程（３０００Ａ（有效值），ＣａＦ２＋３０ｍａｓｓ％Ａｌ２Ｏ３＋２０ｍａｓｓ％ＣａＯ渣系），结果表明，磁场强度的幅模在电极内沿端部锥体形成方向不断增大，至接近锥顶处达最大值，约为２．６×１０４Ａ／ｍ，此后在渣池、锭子熔池、液固两相区和固态锭子内沿轴向向下逐渐减小；沿半径方向，在电极和渣池内呈现一峰值，在液、固金属区内则单调增大至边界条件限定值．对在直径１４０ｍｍ的结晶器中以直径８０ｍｍ的电极和ＣａＦ２＋ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ渣系生产高速钢（Ｍ２）锭的过程，以该模型估计的重熔体系渣池和金属熔池内磁场强度（幅模）的大小和分布与实测结果较相吻合．该模型可作为研究电渣重熔体系内熔体流动，传热和传质过程的基础．

真空循环精炼过程中钢液流动的数学模拟:流动的数学模型

考虑到RH过程的物理特性,特别是上升管内气液两相流的行为和两相间的动量传输,建立了该精炼过程中整个装置内钢液流动的三维数学模型.在该模型中,将钢包,插入管和真空室视为一个整体,基于双流体模型处理和描述了气液两相流,并采用了特殊修正的k-ε双方程模型.给出了该模型的有关细节.

侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体的混合特性

基于气体搅拌和流体流动的水模拟,在120tAOD炉的水模型装置上研究了侧顶复吹AOD过程中熔池内的混合.结果表明,侧顶复吹AOD过程具有良好的混合效果.侧吹主枪气量对熔池内的混合有决定性作用,适当增大副枪气量可使混合效率提高,顶枪气流使混合时间延长.给定的侧枪数和吹气量下,增大枪间夹角使混合时间缩短;给定的枪间夹角和吹气量下,增加侧枪数未必有类似效果,且会使单枪气量减小,使侧吹气流水平穿透距离变短.对应于6600m3/h的实际顶吹氧量,5枪、22.5°或6枪、27°能提供大体相当的良好混合效果.对120tAOD炉,在实际精炼条件下,7枪、18°并非合宜的侧枪配置,6枪、27°可在各精炼期提供良好的熔池混合.确定了混合时间与有关参数的关系.

钢液RH精炼中喷粉脱硫的动力学

考察和分析了钢液RH喷粉脱硫过程及机理，探讨了该过程的速率.基于双重阻力传质理论和体系内的质量衡算，建立了RH喷粉脱硫动力学模型，确定了模型各有关参数，包括各传质系数和钢液内参与脱硫反应的粉量等.以该模型对300tRH装置内设定的不同初始硫含量和喷粉量下喷吹石灰基粉剂脱硫作了计算和模拟，相应的钢液环流量和喷粉速率分别取为100t／min和150kg／min；设定的初始硫含量（质量分数，10－4％）和喷粉量分别为70，60，50，40，30；20和10，8，6，5，4，3kg／t—steel对每种工况计算了8个循环，整个脱硫处理时间为24min．结果表明，由该模型所作的估计与一些工业性数据相当吻合；在（60—80）×10-4％的初始硫含量下，喷吹3—5kg／t—steel石灰基粉剂（85％CaO＋15％CaF2）,总处理时间12—20min，有可能使钢液硫含量达到（5—10）×10－4％以下水平；强化喷粉操作。

电渣重熔体系内熔渣流场的数学模拟

建立了电渣重熔体系内电磁力作用下熔体流场的数学模型，并将其应用于在结晶器直径为２００ｍｍ的实验室装置上以ＣａＦ_２＋３０ｍａｓｓ％Ａｌ_２Ｏ_３＋２０ｍａｓｓ％ＣａＯ系熔渣进行的低碳低合金钢重熔过程（电极直径７６ｍｍ，３０００Ａ（ｒｍｓ））。合理选取模型参数值，计算了电磁力作用下体系内渣池的流场。结果表明，在电磁力作用下，渣池内形成沿结晶器壁向上，经熔渣自由表面和电极端部锥面又沿体系对称轴向下流动的两个旋涡，最大流速区约位于渣池内体系对称轴中部，涡心基本上位于半渣池中央略偏左、右下方的区域。对一些假想工况下的情形作了模拟，考察了重熔电流、填充比和电极端部形状对重熔体系内渣池流场的影响。与一些物理模拟结果作了比较。

真空循环精炼过程中钢液流动的数学模拟:模型的应用及结果

应用提出的RH真空循环精炼过程中钢液流动的三维数学模型,分别计算了90tRH装置及线尺寸为其1/5的水模型装置内流体的流场和上升管内液相的含气率等.结果表明,该模型能相当精确地模拟整个RH装置内钢液的流场.除靠近钢包内钢液表面和两插入管间的区域外,精炼过程中液体混合相当充分,但在下降液流与其周围液体间存在一典型的液–液两相流界面层,钢包内的钢液并不处于完全混合状态.吹入的提升气体主要在上升管壁附近上升,在实际RH装置的条件下更为显著,相应的流态接近于环状流;计算得的模型装置环流量与实测结果很吻.

侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体流动的数学模拟:模型对纯顶吹过程的应用及结果

应用提出的侧顶复吹AOD熔池内钢液流动三维数学模型的纯顶吹分量,对纯顶吹下120tAOD转炉及线尺寸为其1/4的水模型熔池内液体的流动分别作了模拟和估计.结果表明,该模型的顶吹分量可相当好地模拟纯顶吹AOD熔池内液体的流动.在顶吹气流作用下,熔池内形成两个非轴对称的主回流,其涡心位于液面中心凹坑两边熔池上部近壁区.在纯顶吹条件下,液体流速和湍动能仅在凹陷面附近、熔池表层、上部近壁区和轴线周围较高,在熔池其余部位都较低.在相近或相同的吹气量下,纯顶吹下液体的流速和湍动能都远小于纯侧吹下的相应值.

钢液RH精炼非平衡脱碳过程数学模拟：过程数学模型

考虑和分析了钢液RH非平衡脱碳过程的特征,基于冶金反应工程学和非平衡态热力学及气-液两相流的双流体模型和修正的紊流k-ε型,引入熵衡算和非线性耗散因子,对该过程提出了一个新的三维数学模型,给出了该模型的具体细节,包括控制方程的建立、修正的k-ε双方程模型、相应的源项和边界条件的确定等;对90t装置内的RH和RH-KTB精炼过程,讨论和确定了该模型各有关参数.

侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体流动的数学模拟:模型对纯侧吹过程的应用及结果

应用提出的侧顶复吹AOD熔池内钢液流动三维数学模型的纯侧吹分量,对纯侧吹下120tAOD转炉及线尺寸为其1/4的水模型熔池内流体的流动分别作了模拟和估计,考察了侧枪数和枪位的影响.结果显示,该分量可相当可靠地模拟纯侧吹AOD熔池内液体的流动.在与多股气流的相互作用下,整个熔池液体处于活泼的搅拌和循环运动状态,无明显的死区.侧枪数和枪位的变化未改变熔池内气体搅拌和液体流动的基本特征,也不会改变熔池内液相湍动能和含气率的分布规律,但在给定的侧枪数和侧吹气量或给定的枪位和侧吹气量下,枪位或枪数的变化会使之局部改变.与7枪18o或22.5o及6枪22.5o下的情况相比,采用6枪27o可获得更均匀的液体流场及湍动能和含气率分布.

顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程的数学模拟——过程数学模型

对顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程提出了一个数学模型。该模型假设低压下顶吹入的氧,部分与逸出熔池的CO反应,部分使生成的钢液滴内各元素氧化,其余经射流冲击坑向钢液渗透和溶解;进入熔池的氧使钢中的碳、铬、硅、锰和铁氧化,生成的FeO是一中间产物。所有可能的氧化-还原反应分别在钢液/熔渣及钢液/气泡界面同时发生,并在竞争中达到其各自的综合平衡。在较高碳含量下,各元素氧化速率主要与吹氧量有关;在低碳含量下,脱碳速率主要取决于钢中碳的传质。吹入钢液未反应的氧不在钢中溶解和积聚,逸出熔池并参与熔池上方炉气内CO的二次燃烧。以多层复合壁的二维瞬态导热处理了炉壁传热,考虑了各操作因素及不等温状态等的影响。

侧顶复吹AOD精炼过程的数学模拟

对不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程的数学模拟作了进一步研究,提出了一个新的数学模型.该模型大体仍基于预研究中对该过程所作的分析和假设,但按二维复合壁的瞬态导热分析了炉体的传热,对体系作了更全面和精确的热量衡算;按实际工艺更贴切地考虑了整个精炼过程中各操作因素的影响.应用该模型于120 t AOD炉内28炉304型不锈钢的精炼,结果表明,该模型可精确估计整个吹炼过程中钢液成分和温度随时间的变化.氧化精炼期各元素间的竞争性氧化和氧的分配比,氩气搅拌和还原精炼期各氧化物的竞争性还原及其供氧率,均可用各反应的Gibbs自由能来表征和确定.对本工作条件下304型不锈钢的精炼,顶吹、侧吹和复吹脱碳过程的临界碳的质量分数(在该质量分数后,脱碳变为主要由钢液内碳的传质控制)分别在0.895%～0.942%,0.078%～0.224%,0.144%～0.255%范围内.由该模型的估计考察了一些因素对精炼效果的影响和吹炼工艺的优化.该模型可为不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程工艺的制定和优化及实时在线控制提供有用的信息和可靠的依据.

电渣重熔用CaF_2＋Al_2O_3和CaF_2＋Al_2O_3＋CaO系熔渣传氧的研究

利用ＺｒＯ_２固体电解质氧浓差电池测定了电渣重熔用ＣａＦ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３和ＣａＦ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯ系熔渣的氧渗透率，考察了熔渣成分及温度对熔渣传氧性能的影响．在１６７３—１８７３Ｋ和０．１ＭＰａ的氧气氛下，侧得这两个渣系熔渣的氧渗透率分别为１×１０－（２０）—６×１０－（１９）和１×１０￣（２１）—５×１０￣（１８）ｍｏｌＯ_２·ｃｍ￣（－１）·ｓ￣（－１）；随ＭｎＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＣａＦ_２含量和碱度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）的增高，熔渣的氧渗透率增大，ＭｎＯ_２和Ｆｅ_２Ｏ_３的影响尤为显著；随温度的升高，熔渣的氧渗透率增大，且可按速率过程来处理ＣａＦ２基多元复杂熔渣的传氧过程。

水平浸没式喷吹气体射流反冲现象及其对炉衬蚀损的影响

以采用套管式喷枪双枪喷吹的１８ｔ ＡＯＤ炉内精炼过程为例，对不同工况下水平旋转和非旋转气体射流的反冲现象及其对炉衬蚀损的影响作了水模拟研究－ 结果表明，与底吹下的情况相比，水平旋转和非旋转气体射流的反冲现象具有各不相同的特征；对这两种射流的反冲现象，主枪气流起决定性的作用，副枪气流则有显著的缓解和抑制效应；熔池内液体的循环运动是引起反冲的另一个重要原因；浮力有相当大的影响，不仅可使反冲强度增高，且会使炉衬局部受损区域扩大；在本工作条件下，枪位的影响不大；在相同的喷吹压力下，射流的旋转运动可使反冲频率和强度降低，并可使炉衬蚀损速率和范围减小；

不锈钢AOD转炉侧顶复吹精炼过程数学模拟初探

对不锈钢侧顶复吹AOD精炼过程数学模拟作了初步研究,注意到该精炼过程的物理和化学特性,考虑体系的质量和热量衡算,以及添加渣料、切头切尾和废钢、合金料等操作,精炼过程的不等温状态、钢液和熔渣质量的变化等因素的影响,提出了一个针对整个精炼过程的数学模型.基于设计的操作模式,以该模型对120 t侧顶复吹AOD转炉内奥氏体不锈钢的整个精炼过程,包括氧化(脱碳)和还原过程作了模拟和估算,与工艺设计给出的参照数据作了比较.

冶金过程与非平衡态热力学

以纯净钢 (超低碳钢和超低硫钢 )的真空循环 (RH)精炼为例 ,说明了冶金过程的非线性和非平衡性特征 ,分析了冶金反应工程学和非平衡态热力学的异同 ,讨论了基于非平衡态热力学和冶金反应工程学的观点、原理和方法研究和处理实际冶金过程的必要性和可行性 指出 :为真实地定量描述实际冶金过程 ,必须充分考虑其非平衡性和非线性的特点 ;非平衡态热力学在冶金领域应该和能够发挥其作用 ,应该加强。

旋转气流下AOD熔池内流体流动和混合特性的水模拟研究

在以足够高的运动相似性对双枪喷吹非旋转气流１８ ｔ ＡＯＤ 炉内流体流动和混合特性水模拟研究的基础上，对采用套管式螺旋板型喷枪时ＡＯＤ 熔池内流体流动和混合特性作了水模拟研究，所用喷枪的中心管（ 主枪） 内置有一厚度为０－２ ｍｍ 的黄铜质螺旋型板条，相应的螺距为４６－５７ ｍｍ ，环缝（ 副枪） 与原模型喷枪相同－ 考察了旋转射流下吹气量和枪间夹角的影响及螺旋型喷枪对实际过程的适用性－ 结果表明，在相同的吹气量下，与非旋转气体射流相比，旋转气体射流可提供更强烈的搅拌，引起流体更活泼的旋流和循环运动，混合效果更好；主枪气体流量有更大的决定性作用，副枪气流的屏蔽效果显著减弱；两枪夹角对流体流动特征和吹炼过程的稳定性有更大的影响，合宜的夹角范围变窄，本工作条件下以８０°最佳；具有合理结构的螺旋型喷枪对实际过程可望有良好的适用性－ 得到了混合时间与主、副枪的吹气量、搅拌能密度和Ｆｒ

不锈钢AOD精炼过程数学模拟的研究:模型的应用

以文献 [1]中提出的数学模型处理了奥氏体型不锈钢的AOD精炼过程 ,并以在 18tAOD炉中生产 1Cr18Ni9型钢得到的 32炉数据作了检验 模型估计结果与实测值相符

钢液RH和RH-KTB精炼过程数学模拟的研究:过程数学模型

基于质量和动量衡算 ,考虑上升管区、真空室液滴和溶池 3个反应位置对总精炼效果的贡献 ,建立了钢液RH和RH KTB精炼脱碳脱气过程新的数学模型 ;

摩擦和传热联合作用下等截面喷枪内气体的流动特性——(Ⅰ)基本方程及计算程式

基于可压缩流体动力学和热力学及传热原理,导出了表征摩擦和热源联合作用下管式和套管式等截面喷枪内气体流动特性的基本方程和计算公式;对18t AOD炉用套管式喷枪内的气体流动,较合理地确定了喷枪内壁温度和气体滞止温度沿管长的分布,以及吹炼过程中喷枪的摩擦系数;给出了不同流态下喷枪内气体流动特性的计算程式.

钢液RH精炼非平衡脱碳过程数学模拟:模型的应用及结果(Ⅰ)——脱碳过程及某些工艺因素的影响

应用基于冶金反应工程学和非平衡态热力学对钢液RH精炼脱碳过程提出的新三维数学模型于90tRH装置内的精炼,处理了RH和RH-KTB条件下钢液的脱碳.结果表明,该模型可相当精确地估计RH和RH-KTB精炼中碳和氧浓度的变化;碳和氧浓度分布为钢液流动所左右;钢中碳高于4×10-4(ω)时,KTB操作既可补充脱碳所短缺的氧,使脱碳加速,在更短的时间内达到规定的碳含量水平,也可达到较低的脱碳终点氧含量;对RH和RH-KTB脱碳,都不应忽略上升管内气泡-钢液界面和真空室内液滴群的作用.本工作条件下,对该90tRH装置,以417L/min的吹Ar量即可获得相当好的脱碳效果,进一步增大Ar流量并不能显著改善RH精炼过程的脱碳效果.