RH底喷粉精炼过程数值模拟研究

RH真空槽底喷粉精炼将脱硫粉剂直接喷入钢液,冶金反应程度高,终点元素含量稳定,能够完成高品质钢的炉外精炼任务。对RH底喷粉过程进行数值模拟研究,探究底喷粉过程的粉剂行为及对钢液流场的影响规律,优化喷嘴布置方案,旨在推动该技术的工业化应用。研究结果表明,180°喷嘴布置方案(即下降管侧喷吹,简称方案2)的钢液环流量比0°喷嘴布置方案(即上升管侧喷吹,简称方案1)增加1.8 t/min(增量比例为1.4%);方案2的钢包最下端钢液粉剂浓度比方案1高0.2~0.9 kg/m^(3)(增量比例为6.7%~81.8%);方案2条件下,钢包内钢液流动死区的粉剂浓度随喷嘴布置高度的降低而降低。结合粉剂收得率,确定方案2喷嘴布置高度为300 mm,此时粉剂收得率较方案1提升2.59%。

RH真空室熔池和钢包内钢液整体流场的数学模拟

应用 N- S方程、k- ε双方程模型及两相区结构模型对 RH真空室熔池和钢包内钢液流场进行数值计算 ,为进一步计算浓度场和温度场奠定了基础 ,并解释了一些工艺现象。另外还用该模型计算了 RH内钢液的循环流量 。

RH熔池内弱搅拌区特性的模拟研究

以某钢铁厂170 tRH精炼装置为原型,运用数值模拟的方法对其在不同吹气量、浸渍管内径、插入深度和真空度下的流场进行了模拟,并对熔池内弱搅拌区的分布和变化进行了分析。研究表明:大包熔池上部存在3个弱搅拌区。随着吹气量的增大,1区、3区区域迅速减小;2区先增大后减小,在100 m3/h时达到最大。增大浸渍管内径,1区、2区、3区区域减小,2区在两浸渍管中下方出现了一狭长的弱搅拌区。增大浸渍管插入深度,3个弱搅拌区增大,熔池液面处速度降低,趋于平稳。增大真空度,3个弱搅拌区略有减小。在降低弱搅拌区的几个因素中,吹气量影响最大,浸渍管内径次之,真空度最小。

REDA与RH精炼过程钢液流动规律比较

以300 t REDA和RH精炼装置为研究对象,借助计算流体力学软件模拟REDA与RH两种精炼工艺下钢液流动行为,从精炼过程流场形态、循环流量、氩气行程及熔池表面湍动能等方面进行分析,研究结果表明:RH对钢包底部熔池的搅拌作用强于REDA,REDA的单浸渍管结构有利于延长浸渍管寿命及提高钢液循环流量,REDA只需RH提升气体流量的30%便能达到相同的循环流量。

马钢RH-KTB流场的数值模拟

利用CFX数值计算软件建立的数值耦合模型对马钢RH-KTB的流场进行了分析,得出了包括钢包、真空室、上升管、下降管的RH全系统的流场状态及其在精炼过程中的变化规律。在RH吹氩气液两相区的处理上,应用了非均相多相流模型。模拟结果表明RH真空室内流场中存在小环流现象。

RH过程中钢液流动特性的水模拟研究

针对９０ｔ多功能ＲＨ精炼装置内钢液的流动特性进行了水模拟研究．采用更为精确可靠的方法对环流量进行了测定，给出了该精炼装置的环流量计算公式：Ｑｌ＝０．０２７１Ｑ０．２６ｇＤ０．７２ｕＤ０．８４ｄ（ｔ／ｍｉｎ）．用示踪法对ＲＨ钢包内的流动状况进行了显示，验证了Ｔｓｕｊｉｎｏ的数学模拟结果，否定了ＲＨ上升管与下降管间“短路”现象的存在．

RH精炼中钢包内非轴对称流动场数值模拟研究

在对称的圆柱坐标三维湍流流动场程序的基础上，开发了非轴对称圆柱坐标三维湍流流动程序，并用该程序模拟计算了ＲＨ

RH真空精炼循环流动流场结构的数值模拟

为研究RH真空脱气过程中的流动行为,基于欧拉-欧拉两流体模型,建立了描述气泡驱动下的RH循环气-液两相流动的数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件FLUENT6.0,应用所建理论模型对真空室和钢包内的流动进行了数值模拟,得到真空室内及钢包内的流动规律与实验结果基本一致.对流场结构的分析发现其中存在内部相对独立的回旋流动区域,会降低整体循环效率.RH设备的几何结构参数和充气参数的优化与匹配设计是未来改善循环流动结构、提高循环效率的关键.

唐钢RH钢包混匀时间及流场模拟计算与分析

研究了真空度、提升气体量和吹气孔位置对RH钢水混匀时间的影响,模拟了钢包流场情况。试验结果表明:提高RH系统真空度、增加RH提升气体量或增大气体的吹入深度均可减小混匀时间;唐钢RH精炼过程中无死区存在,在相应的混匀时间内可以实现整包钢水成分和温度的均匀;合理控制真空度、提升气体量和浸渍管插入深度有利于稳定出站钢水碳含量,提高Al2O3夹杂物的去除率。

RH精炼过程中钢液流场数值模拟

以某钢厂精炼车间130 t钢包及RH真空精炼炉为研究对象,应用k-ε方程建立了数学模型并应用fluent求解器进行计算,对RH精炼过程中钢水的流场分布进行了数值模拟,解释了现场的一些工艺现象,并通过计算结果对现场工艺参数进行了优化,得到了环流气体的最佳流量。

Flow Structure in RH Vacuum Degasser Using Rotating Electromagnetic Field

An innovative steelmaking process is suggested using an electromagnetic driven swirling flow in the up-leg of an RH vacuum degasser.A physical and a mathematical model based on 300t RH vacuum degasser are developed to understand the effect of rotating electromagnetic field on the circulation flow rate and the two phases flow behavior of RH system.Both water model experiments and numerical simulation show the flow pattern and distribution of gas bubbles. The gas bubbles move towards the centre of up-leg under the effect of rotating electromagnetic field,and the accumulation of gas bubbles depends on the magnetic intensity.An optimization value of magnetic intensity was suggested in this paper.

旋转磁场作用下真空精炼装置内脱碳过程的模拟研究

为了了解旋转磁场下真空精炼装置内的脱碳反应,对RH装置内钢液流场与脱碳过程进行了耦合计算;采用修正的均相流模型计算流场,避免了先前的一些不具推广性的方法,如简化计算区域或者预先规定含气率分布等.分别对有、无旋转磁场作用时的RH系统进行了模拟计算.模拟结果表明:流场和脱碳过程与现有文献中实验结果相符合;当旋转磁场作用后,磁感应强度为0.04 T时,初期脱碳速度比无旋流作用时增加了约15%,这是由于旋流增加了系统的搅拌能,提高了脱碳反应速率.脱碳反应进行到最后阶段,不同磁感应强度下的碳含量趋于同一稳定值.

RH真空精炼过程数值模拟的研究现状及展望

近年来,RH真空精炼已成为重要的二次精炼工艺之一,相应的数值模拟工作受到许多研究者的关注.目前涉及到RH精炼过程的数值模拟研究主要集中于以下几个方面:RH精炼装置内气液两相流动行为的数值模拟,脱碳和脱气过程的数值模拟以及夹杂物碰撞长大行为的数值模拟.本文综述了RH精炼过程数值模拟的研究现状,并提出了应重点解决的问题.

RH精炼装置流场对混合、脱碳、夹杂物行为的影响

基于计算流体力学、反应热力学及动力学,对RH气液流场、脱碳及夹杂物碰撞长大进行了数值模拟.结果表明,在提升气量为400NL/min条件下,气泡在上升管存在贴壁效应;1000NL/min下,侧吹气体可形成吹透现象;RH脱碳处理中,0～3s的脱碳速率为45～70mol/s,3～500s时降低到5mol/s,500s后脱碳速率进一步降低;经过14min处理后夹杂物质量浓度可降低到5×10-5以下;数值模拟结果与实验测量结果符合良好,说明数值模拟方法可完全用于RH真空精炼过程中关键工艺参数的预测.

单管RH精炼过程钢液流场的水模型实验

采用物理模拟方法对单管RH真空精炼过程流场的循环流动、混合特性等进行了研究,建立与RH真空精炼装置原型相似比为1∶5的水模型,研究了不同工艺参数对单管RH装置内钢液循环流动的影响。对比实验测量数据发现,增大吹氩量和浸渍管插入深度以及浸渍管有效横截面有利于提高循环流量,减小均混时间;在相同的实验条件下,椭圆形浸渍管RH比传统浸渍管RH的循环流量要大15%以上,单管RH的均混时间比传统RH可以缩短20%;单管RH钢包底部吹氩位置位于距钢包中心0.4R(R是钢包半径)处时,均混时间最短。

优化条件的RH流场数值模拟研究

采用欧拉模型数值模拟方法,通过采用更接近实际的边界计算条件和初始条件对170 t RH熔池流场进行了模拟分析。研究结果表明:改进后模型计算出的流场状态和循环流量结果与试验结果很一致;上升管内钢液速度呈M型分布,且气泡在上升管内的流动具有波动性,下降管内钢液流速度分布均匀,上升管内壁比下降管内壁更容易侵蚀。

210tRH精炼过程的混匀特性

以某钢厂210tRH真空精炼装置为原型,根据相似原理建立1∶4水模型,研究了吹气量、浸入深度、真空度以及气孔堵塞对混匀时间的影响.结果表明,RH混匀时间随着吹气量的增加而呈现减小的趋势;随着浸入深度的增加先减小后增大,并存在最佳浸入深度480 mm;随真空室压力的减小而减小;随着吹气孔堵塞个数的增加先减小后增加.利用粒子成像测速技术(particle image velocimetry,PIV)测量了RH精炼过程钢包内二维流场,与数值模拟结果对比,发现钢包内的流体运动主要是从下降管到上升管的循环流动以及下降管周围的回流运动,不活跃区主要集中在渣-钢界面以下浸渍管浸入深度范围内.

影响RH循环流量的行波磁场工艺参数分析

建立了交变电磁场下气液两相流动的数学模型,考察了不同励磁电流参数下行波磁场对循环流量的影响。计算结果表明:电磁力的垂直分量与行波运动方向一致,水平分量呈中心对称。在励磁电流强度为200A,频率为10Hz的条件下,磁场分别单独作用于上升管或下降管时循环流量可提高10%以上,同时作用于上升管和下降管时循环流量可提高20%左右;当吹氩量小于1750L/min时,在上升管处施加磁场的效果优于下降管;当吹氩量大于1750L/min时,二者效果相同。当磁场作用于上升管时,在励磁电流频率为10Hz的条件下,电流强度由100A提高到600A,循环流量可由83t/min增大到129t/min,并且近似成正比例关系;当磁场作用于上升管时,在励磁电流强度为200A的条件下,电流频率由10Hz增大到60Hz,循环流量先增大后减小,在30Hz达到极大值,为91.4t/min。

210 t RH炉的物理模拟研究

采用物理模拟的方法对210 t RH炉的混匀时间、循环流量和去除夹杂物效果进行了研究,并结合实验结果制定了RH炉合理的工艺参数。结果表明,随着提升气量的增大,RH炉的钢液混匀时间缩短,特别是提升气量在100~130 m^3/h范围内,混匀时间减小幅度最大。当提升气体流量达到190 m^3/h后,混匀时间达到最小。RH炉钢液循环流量随提升气量的增加而增大,提升气量大于160 m^3/h后,循环流量开始变化比较平缓。夹杂物去除过程基本上是在前28 min内完成,去除最迅速的阶段是前8 min。

RH去除Al_2O_3夹杂物的数值模拟及工艺分析

RH已经成为炉外精炼的重要组成部分,以180 t RH设备参数为基础建立三维模型,通过工艺试验和数值模拟的方法分析夹杂物分布及去除情况。试验结果表明,RH净循环时间为300 s夹杂物去除效率最高,但是夹杂物去除净循环时间不超过850 s。数值模拟比较夹杂物直径60、40、20μm去除行为影响因素情况,通过数值模拟与金相试验的方法相比较,两者质量分数相差15.8%,因此说明数值模拟的方法可以应用到RH炉外精炼工艺过程中指导生产实践的预测。