LF精炼钢包底吹氩工艺数学物理模拟研究

论文摘要

本文以110tLF精炼钢包为原型,基于相似原理建立了1：5的钢包底吹氩的物理模拟系统,考察了吹氩量对流动特性、混合和传质的影响规律,研究分析了渣的厚度、黏度以及熔池深度对钢包裸露面和卷渣的影响,同时对精炼过程钢包内夹杂物的去除进行了研究。利用数值模拟的方法,分析了LF底吹氩过程中钢液的流动行为,并计算了吹氩量对合金混匀时间的影响。本文获得的主要结论如下：（1）LF底吹氩精炼过程中,供气量与混匀时间关系曲线上存在一拐点,吹氩量小于250NL/min时,随着吹氩量的增加,混匀时间迅速变短,而气量大于250NL/min,混匀时间随供气量变化不明显。出钢过程吹氩量对混匀效果影响不明显。（2）物理模拟结果表明：在相同的条件下,顶渣越厚,裸露面越小；小气量下（<200NL/min）,熔池越深,裸露面越小,在大气量下,熔池越深,裸露面越大；在相同的条件下,黏度增大,裸露面减小。临界卷渣实验表明：渣层越厚,越易卷渣；黏度降低,越易卷渣；熔池越浅,越易卷渣。（3）LF精炼钢包内夹杂物模拟实验表明：夹杂物的去除主要发生在吹气后的前8分钟内,且0-4min时间段内夹杂物去除最快,去除率最大为25%；吹至第7个4min,夹杂物的去除率均小于5%,延长吹气时间效果不大。夹杂物去除的最佳吹氩量为50NL/min,夹杂物最高去除率为75%。（4）数学模拟结果表明：偏心底吹会形成一大一小两个循环流,小循环流比大循环流剧烈；循环中心约在0.75H-0.80H（H为钢包中钢液的深度）之间,不同吹气量下循环中心保持不变。计算结果表明,最佳吹气量在250NL/min,在这一吹气量下,熔池搅拌效果较好,弱流区所占比例较少,混匀时间较短。钢包中出现卷渣的临界吹气量为120NL/min,与物理模拟结果相近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 炉外精炼概况
• 1.1.1 我国炉外精炼技术的发展和现状
• 1.1.2 国外炉外精炼技术发展现状
• 1.2 LF精炼工艺技术
• 1.2.1 LF精炼功能
• 1.2.2 LF精炼工艺流程
• 1.2.3 LF精炼效果
• 1.3 本课题研究的内容和意义
• 第2章 LF精炼钢包底吹氩工艺简介
• 2.1 熔池中气泡行为
• 2.2 熔池搅拌功分析
• 2.3 钢包内流体流动行为和混匀时间分析
• 2.4 两相区研究进展
• 2.5 LF钢包卷渣临界底吹流量的研究
• 2.6 LF钢包内吹氩去夹杂物的研究现状
• 2.7 数值模拟研究现状
• 第3章 LF精炼钢包底吹氩物理模拟
• 3.1 实验原理
• 3.1.1 几何相似
• 3.1.2 动力相似
• 3.1.3 渣钢界面的相似条件
• 3.1.4 夹杂物模型的建立
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 钢包混合特性实验研究
• 3.2.2 卷渣实验研究
• 3.2.3 夹杂物实验研究
• 3.3 实验结果分析与讨论
• 3.3.1 LF精炼钢包的流场特性
• 3.3.2 混合特性实验结果分析
• 3.3.3 卷渣实验结果分析
• 3.3.4 夹杂物去除行为分析
• 3.4 小结
• 第4章 LF精炼钢包底吹氩数学模拟
• 4.1 数学模型的建立
• 4.1.1 控制微分方程
• 4.1.2 基本假设
• 4.1.3 边界条件的设定
• 4.2 数学模型的求解
• 4.2.1 控制方程的离散和求解
• 4.2.2 网格划分
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 流场分析
• 4.3.2 卷渣分析
• 4.3.3 混匀时间分析
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 文中包含图、表、公式及文献