中間包內氣泡尺寸與分布的數值模擬研究.pdf

1、隨著對鋼產品質量要求的日益提高，許多高性能鋼種的潔凈度要求也越來越高，降低鋼中的有害夾雜物，特別是5~20μm的微小夾雜物已成為煉鋼過程中急待解決的重要問題之一。目前通過對中間包設置控流裝置、采用透氣磚以及長水口控制合理的吹氬參數等方式可以比較容易的去除尺寸50μm以上的夾雜物，甚至對尺寸20~50μm的夾雜也能較好的去除，但是對于微小夾雜還難以去除。通過前人的研究分析發(fā)現利用氣泡法碰撞粘附去除微小夾雜是比較可行的方法，而該種方法的關鍵

2、問題是要在中間包內得到尺寸微小且分布彌散的氣泡，提高氣泡與微小夾雜的碰撞概率，同時還須防止長水口注流區(qū)液面氣泡聚集而出現裸眼。因此對中間包內氣泡的大小及分布情況的研究具有重要意義。
　　本文首先分析了氣泡碰撞粘附去除夾雜物的機理，得出了去除微小夾雜所需氣泡的合適尺寸范圍，研究結果表明：對于尺寸為5~20μm的微小夾雜物，氣泡碰撞粘附去除的限制性條件是氣泡與夾雜物的碰撞概率，而提高兩者之間的碰撞概率的關鍵因素是氣泡的尺寸大小。當氣泡

3、尺寸 mmDB?0.2時，5~20μm的夾雜物的去除效果幅度明顯增加。
　　運用DPM離散相模型數值模擬研究了中間包內氣泡的尺寸大小與其在包內的分布以及完全上浮的關系，研究表明：當包內的氣泡尺寸大于0.3mm時，氣泡可以靠自身的浮力完全上浮，且只分布在中間包注流區(qū)附近，當包內氣泡尺寸小于0.1mm時，氣泡的運動軌跡受鋼液流動的影響比較大，此時氣泡在中間包內分布較為彌散。
　　在分析研究氣泡的破碎聚并機理及氣泡在中間包內上浮的

4、基礎上，通過PBM模型模擬了從長水口上部注入不同尺寸大小的氣泡對中間包內氣泡大小及分布的影響，數值模擬結果表明，包內氣泡的大小及分布與注入的氣泡尺寸有很大關系，長水口注入的氣泡尺寸越小，氣泡在長水口內長大的幅度越大，且隨鋼液流股沖擊中間包的沖擊深度越來越大，注流區(qū)外沿的氣泡尺寸要大于流股內部的氣泡。氣泡的體積率隨著離注流區(qū)域距離的增加，呈指數倍降低。當中間包的氣泡尺寸較大時，氣泡在中間包注流區(qū)附近呈倒傘狀分布，其受鋼液流股運動影響的作用

5、減弱，不會隨著鋼液流入中間包深處，中間包的其他區(qū)域（除注流區(qū)）氣泡的的體積率越來越低，在中間包上浮區(qū)域體積率一般為e?5以上，在鋼液出口處體積率降到了e?9，氣泡基本不會隨鋼液進入到結晶器。
　　湍流器結構對中間包內氣泡大小及分布影響的數值模擬研究表明，中間包內的湍流器能起到束縛鋼液渦體湍動能的作用，改變氣泡在中間包各個區(qū)域的尺寸大小和體積分布率。當長水口出口處的氣泡的尺寸很小時，湍流器能束縛渦體的湍動能,減緩氣泡在注流區(qū)的長大幅