唐钢50tLF钢包底吹氩的优化研究

论文摘要

随着纯净钢生产技术的进步和连铸技术的发展,炉外精炼工艺和设备迅速普及。LF精炼技术以其优良的精炼效果成为大多数钢铁企业控制钢水质量的关键工序。作为LF炉内钢水循环流动的源动力,钢包吹气搅拌方式和工艺参数在很大程度上决定了钢包内钢水循环流动的状况,进而也对伴随钢水流动的传热、传质以及夹杂物运动等过程产生显著影响。针对唐钢二钢轧厂50tLF精炼炉,利用数学模拟和物理模拟,分别研究了LF单孔和双孔不同布置方式下吹氩过程中钢液的流动行为,确定了最佳的底吹氩气孔布置方式以及合适的底吹氩气量,改善了钢包结构,优化了钢液流动状态,提高了LF的精炼效果。首先在商业软件FLUENT操作平台上,利用Mixtuer多相流模型对钢包吹氩过程进行数值模拟计算,研究了不同底吹氩气孔布置方式下钢液的流动状态。综合考虑吹氩量和吹氩方式对钢液流动状态、夹杂物去除、表面渣层流动状态、混匀情况等影响,最终确定了最优的底吹氩气孔布置方式为双孔同侧偏心底吹氩。然后基于相似原理建立水模实验,验证数学模拟的可靠性。本实验所使用钢包由有机玻璃制成,采用水模拟钢液,空压机供给空气模拟底吹氩气,由流量计调节底吹氩气量。根据Froude准数相等计算相应的底吹空气量,研究不同底吹气量和底吹方式对流场、混匀时间的影响。在保证Froude准数和Web准数相等条件下,选用密度为850 kg/m3的液体石蜡模拟钢渣,确定了不同底吹氩气孔布置方式下的卷渣临界气量和钢液面流动状态。研究结果表明,在相同的吹氩量下,采用双孔同侧偏心吹氩钢液混匀时间最短,钢包内钢液流场分布均匀而稳定,基本消除了搅拌“死区”,而且钢液面的流动速度稳定均匀,可有效防止钢液卷渣,并为夹杂物的上浮去除提供良好的动力学条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 文献综述
• 1.1 炉外精炼技术的发展
• 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
• 1.3 钢包底吹氩搅拌原理
• 1.4 数值模拟在LF 钢包底吹氩研究中的应用
• 1.4.1 气液两相流模拟的发展
• 1.4.2 全浮力模型在钢包吹氩研究中的应用
• 1.5 LF 钢包吹氩的研究现状
• 1.5.1 单孔底吹位置对钢包吹氩流场的影响
• 1.5.2 双孔底吹位置对钢包流场的影响
• 1.5.3 钢包吹氩量对流场的影响
• 第2章 课题研究内容及方案
• 2.1 课题背景和研究的意义
• 2.2 课题研究的内容及目的
• 2.3 课题研究方案
• 2.3.1 数学模型研究
• 2.3.2 物理模型研究
• 第3章 钢包底吹氩过程数值模拟
• 3.1 FLUENT 软件简介
• 3.2 数学模型的建立
• 3.2.1 模型假设
• 3.2.2 基本方程
• 3.2.3 边界条件的确定
• 3.2.4 数值求解
• 3.3 模拟计算条件
• 3.4 模拟结果
• 3.4.1 流场模拟结果
• 3.4.2 底吹喷孔布置方式对搅拌效果的影响
• 3.4.3 供氩量对搅拌效果的影响分析
• 3.4.4 不同喷孔布置方式下底吹卷渣临界气量确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 钢包底吹氩过程物理模拟
• 4.1 物理模型的建立方法
• 4.1.1 几何相似
• 4.1.2 动力相似
• 4.1.3 钢液卷渣模型
• 4.2 水模实验方案
• 4.2.1 流场观察
• 4.2.2 混匀时间测定
• 4.2.3 卷渣临界气量测定
• 4.3 物理模拟结果
• 4.3.1 底吹喷孔布置方式对流场的影响
• 4.3.2 底吹氩喷孔布置方式和供气量对混匀时间的影响
• 4.3.3 卷渣临界气量确定
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集