鋼包精煉過程異相傳輸現(xiàn)象的研究.pdf

1、鋼包精煉過程是由裝置內(nèi)的鋼液及異相成分的流動、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)以及相變等相關(guān)現(xiàn)象耦合而形成的。一旦反應(yīng)系確定后，大量的研究工作就是如何設(shè)定其中的流動和傳熱傳質(zhì)條件以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)或其他冶煉過程的完成。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱流體流動過程起著重要的作用，特別是鋼包精煉過程，利用噴氣攪拌或電磁攪拌來驅(qū)動鋼液做湍流運(yùn)動以混均溫度和成分，去除夾雜物。 本文針對底吹鋼包內(nèi)鋼液及異相成分的流動問題，依據(jù)弗汝德相似準(zhǔn)則，建立底吹鋼包水模型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2、。利用激光測速儀測量了中心底吹和偏心底吹情況下鋼包內(nèi)典型斷面上的流速分布，分析了兩種工作狀態(tài)下鋼包內(nèi)的流場狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)偏心噴吹時，主截面流場由中心噴吹時的對稱雙旋流區(qū)改變成單個大旋流結(jié)構(gòu)。同時，本文發(fā)展了底吹鋼包內(nèi)加入合金后的運(yùn)動過程數(shù)學(xué)模型。首先應(yīng)用邊界適體坐標(biāo)(BFC)技術(shù)計算底吹鋼包內(nèi)的三維流場，該計算克服了圓柱坐標(biāo)系必須在未知流場內(nèi)設(shè)置內(nèi)邊界的缺點(diǎn)，使流動及運(yùn)動的合金可順利跨越圓心軸。、計算了鐵錳合金顆粒在吹氬鋼包內(nèi)的熔化過程和運(yùn)

3、動軌跡。結(jié)果表明，鐵錳合金顆粒的熔化時間長于其在鋼液中的浸沒時間，影響顆粒運(yùn)動行為的兩個顯著因素是合金的密度和直徑，合金密度與鋼液越接近、且顆粒直徑越大，越有助于增加顆粒在鋼液中的停留時間；但顆粒直徑的增大受熔化時間的限制。 本文還利用水模型實(shí)驗(yàn)研究了RH真空脫氣系統(tǒng)中氣液兩相循環(huán)流動特征。利用可視化方法觀察了具有不同上升管結(jié)構(gòu)的RH真空脫氣裝置內(nèi)流體內(nèi)溶質(zhì)的傳輸特性。發(fā)現(xiàn)多管結(jié)構(gòu)的RH真空脫氣裝置內(nèi)溶質(zhì)傳輸能力大大優(yōu)于傳統(tǒng)的兩

4、管系統(tǒng)。同時也發(fā)展數(shù)學(xué)模型分析兩管和多管真空循環(huán)脫氣系統(tǒng)的循環(huán)流動特征。采用空間變密度的均相流模型模擬上升管中的氣液兩相流動。使用純液相和氣液兩相之間的密度差作為系統(tǒng)中循環(huán)流動的驅(qū)動力。上升管中的氣相體積分率是通過移植和修正噴氣攪拌鋼包含氣率模型獲得。利用空洞技術(shù)處理包括鋼包.真空室.上升管和下降管在內(nèi)的復(fù)雜幾何系統(tǒng)的流場計算。使用本模型對兩管和多管真空循環(huán)脫氣系統(tǒng)在噴氣量5～35l/min情況下執(zhí)行了數(shù)值模擬。計算的下降管出口處的速度

5、分布與文獻(xiàn)中的測量值很接近。分析計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)多管系統(tǒng)中的速度傾向均勻，即多管系統(tǒng)鋼包中的液流速度顯著高于兩管系統(tǒng)的情況，故多管系統(tǒng)動量傳輸能力強(qiáng)于兩管系統(tǒng)。利用碳黑墨水染色法分析系統(tǒng)內(nèi)鋼包的混合能力。結(jié)果表明： 當(dāng)吹入相同的氣體量(Q=1.5m3/h)時，新裝置中的水模型中碳黑墨水的擴(kuò)散速度比傳統(tǒng)裝置中水的擴(kuò)散速度快約1/3。 傳統(tǒng)裝置有一個上升管，而新裝置中有三個上升管，當(dāng)傳統(tǒng)裝置和新裝置吹入相同的氣體流量時，傳統(tǒng)裝置