LF钢包炉吹氩过程数值模拟研究

论文摘要

LF炉精炼法可提高钢液的纯净度及满足连铸对钢液成分和温度的要求，能满足特殊钢、普通钢和铸钢等工业生产钢铁的质量要求，由于其结构简单、操作方便、功能多样化、投资少等优点，已经在我国得到了广泛应用，成为我国钢铁工业冶炼纯净钢的主要炉外精炼方法之一。吹氩搅拌是LF精炼炉的一大特点，研究吹氩搅拌时流场形态及在钢液中发生的物理化学反应具有重要的意义。本课题对包钢150吨LF钢包炉的流场形态及吹氩脱碳过程进行模拟研究，本文采用FORTRAN语言作为自编程序工具，图形用TECPLOT软件进行处理。利用连续性方程，Navier-Stokes方程和湍流模型构成钢液流动的数学模型，用SIMPLE方法模拟钢液内速度场分布，统计方法计算弱流区的体积。气泡运动采用拉格朗日坐标下牛顿第二定律描述气泡的运动，采用四阶龙格库塔法方法进行计算，脱碳模型采用双模扩散及化学反应模型来描述。通过对数值模拟结果的分析，分别比较了在给定位置、不同吹气量下流场形态和弱流区，通过对弱流区体积的比较，确定了最佳吹气量。计算了LF炉内氩气泡的运动轨迹、气泡速度和气泡长大的过程，确定了气泡的溢出速度及气泡运动在不同时刻的直径，通过统计得出气泡上浮速度的变化规律，以及气泡上升过程中长大的比率，通过模拟计算得出不同直径气泡的脱碳量，比较气泡直径不同时的脱碳能力及统计出气泡脱碳量。根据模拟结果得出最佳喷吹流量可以提高吹氩气体对钢液的搅拌效率、加快温度的均匀化，同时也有利于夹杂物的去除，对气泡脱碳的研究能准确控制钢中碳含量，提高钢水品质，优化生产钢质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 LF 炉概述
• 1.1.1 LF 炉精炼技术简介
• 1.1.2 LF 炉的精炼功能及流程
• 1.2 数值模拟研究发展及研究方法
• 1.2.1 流场数学模型的发展
• 1.2.2 基础数学方法研究分类
• 1.3 物理实验研究
• 1.3.1 气液两相区的研究
• 1.4 钢液中气泡行为的研究
• 1.4.1 气泡形成的研究
• 1.4.2 气泡运动的研究
• 1.4.3 气泡表面脱碳原理
• 1.5 选题研究目的和意义
• 2 计算依据与准备
• 2.1 计算依据
• 2.2 计算准备
• 2.2.1 网格的划分
• 2.2.2 传输方程的离散
• 3 LF 炉流场弱流区的模拟研究
• 3.1 模型的建立
• 3.2 边界条件
• 3.3 模拟结果
• 3.4 本章小结
• 4 LF 炉吹氩气泡行为数值模拟研究
• 4.1 气泡在静止钢液中的行为
• 4.1.1 基本假设
• 4.1.2 数学模型
• 4.2 数值模拟方法
• 4.3 模拟结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 LF 炉吹氩脱碳数值模拟
• 5.1 基本假设
• 5.2 数学模型
• 5.3 模拟结果分析
• 5.3.1 单气泡的脱碳量
• 5.3.2 钢液内氩气泡的脱碳量
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢