70t钢包底吹氩工艺优化及钢—渣界面行为研究

摘要

某钢厂70t钢包底吹氩精炼过程中，钢液温度和合金成分均匀效率偏低，易发生卷渣、溢渣现象。本文建立了70t钢包底吹氩过程的数学模型，研究透气砖的布置方式、吹氩量对钢包底吹氩冶金效果的影响，优化了底吹氩工艺参数，并采用水力学物理模拟进行验证。研究结果表明:
　　(1)与单透气砖布置相比，双透气砖布置时，钢包内的速度场分布较均匀，流场到达稳定的时间较短。同时，由于在钢包内出现两个“气柱”，“气柱”之间的钢液流动并发生碰撞，造成湍动能的大量损失，易产生“死区”。
　　(2)透气砖由包底0.4R向0.6R位置移动时，钢液的水平流动与钢包壁相撞时的夹角减小，这使得钢液与钢包壁相撞而损失的湍动能减少，钢液沿钢包壁面运动的速度增加。
　　(3)70t钢包底吹氩的优化方案为:采用单透气砖钢包底部0.5R布置，吹氩量200NL/min，与原工艺相比，钢包的混匀时间减少50.9％，“死区”比例减小8.31％。
　　此外，针对钢包底吹氩过程中的钢-渣-气三相界面行为，采用VOF多相流模型进行数值模拟研究，研究结果表明:
　　(1)吹氩量增加或透气砖向钢包壁方向移动时，钢液面的流动速度提高，渣层的裸露面积增大。
　　(2)在相同的吹氩量的条件下，与标准大气压条件相比，钢包置于真空度为67 Pa环境下，氩气的速度增加，氩气的搅拌能力增强。同时，氩气在渣层的积累量减少，故钢液的裸露面积减小。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 钢水炉外精炼技术的发展

1．2 钢包底吹氩

1．2．1 钢包底吹氩工艺

1．2．2 LF精炼工艺

1．2．3 VD精炼工艺

1．3 钢包底吹氩研究方法

1．3．1 数学模拟

1．3．2 水力学物理模型

1．4 钢包底吹氩工艺国内外研究现状

1．5 论文的研究意义和研究内容

第二章 70t钢包底吹氩数学与物理模型的建立

2．1 水力学物理模型的建立

2．1．1 研究对象

2．1．2 实验原理

2．1．3 实验装置

2．1．4 模拟物质的选择

2．1．5 实验方法

2．2 数学模型的建立

2．2．1 基本假设

2．2．2 控制方程

2．2．3 网格的划分

2．2．4 边界条件和计算条件

2．2．5 求解方法

2．3 研究方案的确定

第三章 钢包底吹氩工艺优化结果与分析

3．1 流场的基本特征

3．1．1 单透气砖流场基本特征

3．1．2 双透气砖180°流场特征

3．1．3 双透气砖90°流场特征

3．2 工艺参数对钢包精炼的影响

3．2．1 单透气砖布置时混匀时间与流场分析

3．2．2 双透气砖180°流场及混匀时间分析

3．2．3 双透气砖90°混匀时间

3．2．4 最佳混匀效果的工艺参数的确定

3．3 水力学模拟实验

3．4 本章小结

第四章 钢-渣-气界面行为的数值模拟

4．1 基本假设

4．2 控制方程

4．3 边界条件与计算条件

4．4 求解方法

4．5 计算结果与分析

4．5．1 钢-渣界面波动变化

4．5．2 工艺条件对钢-渣界面行为的影响

4．6 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间学术论文发表