RH真空精炼环流管参数对循环流动影响的模拟研究

论文摘要

RH真空精炼装置的环流管参数直接影响了RH精炼过程钢液的流动和冶炼的效率,因此对环流管参数的研究和分析具有很高的学术价值和实际意义。同时,采用CFD软件进行计算机模拟,与传统的数学模拟,物理模拟和水模型实验,具有其自身的优势：省力,省时,省钱。本文主要利用CFD软件FLUENT对RH水模型进行流场模拟,研究和分析环流管参数(直径、插入深度,插入位置和间距等)对装置内水的流动状态和环流量的影响。利用FLUENT前处理软件GAMBIT对RH精炼装置(真空室、钢包和上升管)进行三维建模,并且进行网格划分。在此基础上,利用数学和物理模拟的相关知识,确定计算的数学模型和边界条件,用FLNENT对流场形态进行模拟,然后用得到的模拟结果与实验水模型相对照,并加以讨论。模拟结果表明,对特定真空室,存在一个最优化环流管直径,在此环流管直径下,流体流速明显增加,循环流量增大,这有利于RH装置内的混合、脱碳和脱气；环流管偏心插入钢包时,在真空室底部、真空室及钢包钢液表面的下降管处发现较大的漩涡,但对循环流量影响较小；减小环流管间距,真空室左侧壁面的回流增强,循环流量减小；减小环流管插入深度,循环流量增大。在RH设备设计中,在不发生钢渣卷混的前提下,尽量减小环流管插入深度或增大环流管间距可提高钢液循环流量。上述模拟结果,可以定性确定环流管参数对钢液流动形态和环流量的影响,对实际生产操作中进一步提高冶炼效率具有一定参考价值。但同时我们还应看到,本研究仅单独考虑环流管参数对循环流动的影响,并不能完全反映整个装置的循环流动行为；再有,由于时间和条件的限制,本文只做了两根环流管的模拟,后续的研究工作可以关注多根环流管的模拟。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 RH精炼技术发展概况
• 1.2 RH精炼的工艺原理
• 1.3 RH精炼过程的工艺特点
• 1.4 RH精炼功能的扩展
• 1.4.1 RH-O真空吹氧技术
• 1.4.2 RH-OB真空吹氧技术
• 1.4.3 RH-KTB真空吹氧技术
• 1.4.4 RH多功能喷嘴（MFB）
• 1.5 本课题的目的意义和研究内容
• 1.5.1 本课题的目的意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第2章 RH精炼过程中的数学模型
• 2.1 基本假设
• 2.2 控制方程
• 2.2.1 相连续性方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 湍流模型
• 2.3 边界条件
• 2.3.1 壁函数
• 2.3.2 自由表面
• 2.3.3 气体入口处
• 2.4 修正的气相模型
• 2.5 RH钢包内钢液流动的数学模拟
• 2.5.1 RH钢包内钢液流动的二维数学模拟
• 2.5.2 RH钢包内钢液流动的三维数学模拟
• 2.5.3 RH装置内钢液流动的三维数学模拟
• 第3章 RH精炼过程的物理模拟和水模型
• 3.1 RH精炼过程的物理模拟原理
• 3.2 RH精炼过程的流动特性参数及影响因素
• 3.2.1 环流量
• 3.2.2 混合时间
• 3.2.3 RH钢包内流场的显示
• 3.3 实验用水模型的建立和流动性能测定
• 3.3.1 模型装置
• 3.3.2 流动性能测定
• 3.3.3 测定结果
• 第4章 基于FLUENT的计算机模拟
• 4.1 计算机模拟软件FLUENT简介
• 4.1.1 FLUENT程序的结构
• 4.1.2 FLUENT程序的用途
• 4.1.3 FLUENT程序求解问题的步骤
• 4.2 模型的建立及网格划分
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 网格划分
• 4.3 数值模拟
• 4.3.1 FLUENT求解方法的选择
• 4.3.2 模拟采用的模型
• 4.4 模拟结果及讨论
• 4.4.1 环流管直径对循环流动的影响
• 4.4.2 环流管插入深度对循环流动的影响
• 4.4.3 环流管插入钢包位置对循坏流动的影响
• 4.4.4 环流管间距对循环流动的影响
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢