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。

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.

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.

帘线钢冶炼氮含量控制研究与实践

针对帘线钢拉拔断裂缺陷,研究了相关工艺参数对钢中氮含量的影响,并采取了相应的优化措施,转炉冶炼采用低氮增碳剂,减少倒炉次数,吹炼全程均采取底吹氩模式;LF发泡埋弧、快速成渣及形成微正压气氛;强化连铸保护浇注工艺,抑制钢水二次氧化。上述措施实施后,帘线钢氮含量得到了较好控制,由0.004 010%降至0.002 726%,且基本稳定控制≤0.003 0%。提高了帘线钢实物质量,满足客户拉拔至0.17 mm的要求。

40t椭圆形钢包底吹氩水模型的研究

以某厂40 t椭圆形钢包为原型,建立模型与原型比为1︰2的钢包水模型,分析了采用双孔底吹氩的情况下透气转位置、吹气量对钢液混匀时间和流动性的影响。结果表明:原型方案底吹气量的临界值为196.65 NL/h,超过临界值后气量增加的动能主要消耗在鼓动液面和吹开渣面上,对钢液混匀的效果较小。原型方案底吹气孔位于圆周0.55R处,呈135°分布,两孔距离较远,渣面裸露面积较小,两孔间的相互干扰较小。

钢包底吹氩卷渣临界条件的水模型研究

以钢厂70t钢包为原型,建立模型与原型尺寸比为1:2.75的水模型。通过水模型实验对钢包临界卷渣吹氩量进行测量,得到临界卷渣气量是450 L/min。实验测量不同吹气量下钢包液面水平流速,分析水平流速与钢包卷渣的关系,得到钢包临界卷渣的液面流速为0.652m/s、韦伯准数为6.967。讨论了采用临界卷渣韦伯准数计算临界卷渣液面流速,通过测量达到临界卷渣液面流速时的吹氩量,来确定临界卷渣吹氩量的方法。

120 t钢包底吹氩工艺水模型研究

研究了钢厂即将投产的120 t钢包底部最佳透气砖位置,在实验室以1:3建立钢包水模型进行模拟试验,得出最佳透气砖位置及吹气方式。实验表明,越靠近包壁的透气砖,其混匀效果越好,但对包壁的冲刷也越严重。在相同喷吹位置的情况下,双透气砖方案比单透气砖方案混匀效果好,且大角度(≥90°)的双透气砖方案比小角度双透气砖方案好。本实验的最佳吹气方案为离包底中心0.60R(半径)处,夹角为120°的双孔底吹气方式。

150t钢包底吹氩的水模型研究

采用几何相似比1:4.5的水模型对150 t钢包底吹氩的工艺参数进行模拟试验,研究了喷孔圆周(0.40～0.70 R)、同圆周夹角(60°～120°)流量(189～378 L/h)对混匀时间的影响,测定吹氩流量与表面流速的关系以及分析了不同流量下的卷渣现象。结果表明,最佳的底吹方案是120°夹角,0.7 R双孔同圆周,流量378 L/h(对应实际流量600 L/min);最佳喂线位置为0.4 R;软吹时临界卷渣流量为110 L/h(对应实际流量175 L/min)。

100t钢包底吹氩数值的模拟研究

以某钢厂100 t钢包为研究对象,利用商业软件PHOENICS对该钢包内的流场进行数值模拟计算,研究钢包底吹氩精炼过程在不同工艺条件下对钢液混匀效果和包壁冲刷的影响。结果表明,底吹氩钢包内透气元件采用A-β方案,在避免钢液对包壁造成较严重冲刷和裸露的同时,有利于缩短钢包内钢液的混匀时间,从而获得较好的搅拌效果。

100t钢包底吹氩工艺优化的物理模拟

以钢厂100 t钢包为原型,根据相似原理建立1:4水模型,研究了双孔底吹位置(0.54~0.72R)、角度(45°~180°)和底吹流量(0.04~0.55 m^3/h)对混匀时间和钢-渣界面的影响,以确定最佳底吹工艺参数。结果表明,透气砖布置的最优位置为底吹孔距钢包底面中心0.63R,180°夹角;最大底吹气量在0.37 m^3/h(原型18.0m^3/h),软吹气量必须小于0.12 m^3/h(原型小于6.0 m^3/h),建议软吹气量≤0.04 m^3/h(原型≤2.0 m^3/h)。

氩气流量控制在钢包精炼炉底吹中的实现

通过对LF精炼炉底吹氩工艺过程的研究,分析氩气流量难以控制的原因,针对整个被控制系统的特点,选用具有分级结构的模糊自适应控制对氩气流量进行控制,并通过实践证明此方法抗干扰能力优于PID控制方式,取得较好的精炼效果。

120t钢包底吹氩混匀过程的数值模拟研究

以某钢厂120 t单孔底吹氩钢包为研究对象,利用ANSYS-FLUENT软件对不同吹氩条件下钢包内钢液的流场进行数值模拟,并预测混匀时间。结果表明,吹孔位置位于1/2R处,氩气流量为100 L/min时,钢液的混匀时间最短,钢包内钢液的搅拌效果最好。

中频感应电炉炉内钢液精炼的应用研究

针对目前中频感应电炉缺乏精炼功能,铸件中夹杂物及气体含量经常超标的问题,采用在炉底安装透气砖吹氩气的方法实现钢液精炼,并进行了工业应用试验。结果表明,在吹氩压力0.3-0.4 MPa和时间25-30 min条件下,较理想地实现了钢液的精炼,钢液中[O]、[N]和[H]的含量分别达到：≤40×10^-4%、≤85×10^-4%和≤3.0×10^-4%,非球形夹杂物含量低于锻造标准,球形氧化夹杂物含量降幅达到47.33%-56.57%。

60t LF钢包底吹氩行为的物理模拟

基于相似原理和莱钢60tLF钢包,建立了一套水模拟试验装置,水模型和钢包原型的几何相似比例为1:4,用该装置进行了钢包底吹氩行为的物理模拟研究。结果表明,底吹气体流量越大,混匀时间越短;吹气流量对混匀时间的影响程度远远大于透气砖位置的影响。60t钢包适宜采用单透气砖,其硬吹气体流量应>0.133m3/h,软吹气体流量应<0.02m3/h。

150t钢包底吹氩卷渣行为的物理模拟

针对钢厂150t双孔底吹氩钢包，根据相似原理建立几何比例为1：5的水力学模型，得出对应实际氩流量260，600IMmin时原型钢包及优化后钢包的液面裸露面积及渣钢卷混情况的变化规律和临界卷渣气量。研究结果表明，原型方案下两透气砖分别位于距钢包中心0．64R和0．76R处，两孔成90°（0．64R＋0．76R，90°），临界卷渣气量为550L／min；对于两个优化方案，双孔分别位于1／3R和0．64R，两孔成180°（1／3R＋0．64R，180°）以及双孔位于0．5R圆周上，两孔成135°（0．5R＋0．5R，135°），临界卷渣气量分别为550IMmin与600IMmin。

底吹氩钢包精炼中钢渣界面行为物理模拟

为了选择合适的钢包吹氩参数,以某厂100t钢包为原型,建立模型与原型尺寸比为1:4的物理模型。通过水模实验对钢包临界卷渣吹氩量进行测量,得到单孔及双孔吹气时的临界卷渣气量是标态450L/min和400L/min,双孔吹气更容易卷渣。讨论了渣层裸露面积的影响规律,单孔和双孔吹气底吹气量分别在大于标态500L/min和400L/min时,渣层表面裸露面积增加不明显。

250t钢包精炼底吹氩吹孔位置优化的水模型试验

采用几何相似比1:3水模型,对250 t钢包底吹氩位置优化进行模拟试验,用电导法测定了单孔喷吹、双孔夹角90°和180°对称喷吹在至钢包中心不同距离处(0.37~0.61 R)采用不同吹气量(5~25 m^3/h)时钢水的混匀时间。试验结果表明,单孔底吹氩,吹孔距钢包底部中心0.61 R(R为钢包底部半径)时混匀时间最短;双孔喷吹对称分布的混匀时间比单孔喷吹的混匀时间短;当双孔喷嘴0.61 R对称分布时,混匀时间最短,死区最小,且双孔喷嘴间距由0.37 R增至0.61 R时混匀时间明显减小。

120t钢包底吹氩工艺优化水模型研究

以钢厂120 t钢包为研究对象,对相似原理为基础,建立几何比例1:3的水模型,通过测定单、双透气砖最低吹氩条件(透气砖位置,吹气量0.4~2.0 m^3/h等)对混匀时间的影响,确定钢包的底吹工艺。实验结果表明,单孔布置时,透气砖距离钢包0.63R(R为钢包底半径)时混匀时间最短;双孔布置时,增大两透气砖之间的距离有利于缩短混匀时间,双孔180°夹角0.6R布置方式效果最好,混匀时间最短;在等气量下,双透气砖效果明显优于单透气砖。

40 t钢包底吹氩过程流热耦合的数值模拟

根据宝钢40 t钢包底吹氩过程的现场资料,建立了钢包底吹氩过程钢水流热耦合的多相数值模型。并计算了吹氩量对钢水流场及温度场的影响。结果表明,钢包底吹氩过程主要影响的区域位于钢包上半部,并随着吹氩量的增加,影响区域扩大。钢包内钢液流动速度为0.02~0.04 m/s的区域所占比例最大,并随吹氩量的增加比例不断增大。钢包底部的死区比例随吹氩量的增加而减小。钢包底吹氩过程中钢包内的钢液主要通过顶部散热,钢液顶部会出现明显的温降,随着吹氩量的增加,钢液顶部温降更加显著。

大型钢包双孔吹氩最佳位置的探讨

应用三维连续性方程、动量N S方程及湍流k ε双方程模型模拟了钢包双孔底吹氩对于钢包内钢液流动的影响 ,统计了流动动能 ,在这些基础上 。