单管RH脱碳过程的数学物理模拟

摘要

单管RH真空脱碳过程是一个涉及多相流、元素传质和一系列化学反应的复杂精炼过程。在实际的生产过程中，为了实现缩短脱碳处理时间，降低脱碳终点的碳浓度，减少转炉脱碳压力，需要对各个可能影响到单管RH脱碳效率的生产工艺进行深入研究。 本文将采用基于欧拉-欧拉双流体模型的数值模拟和基于冶金反应动力学原理的物理模拟两种方法研究单管RH精炼过程中提升气量、顶枪枪位、真空度、顶吹气量以及初始碳浓度等工艺因素对单管RH脱碳效率的影响，同时与传统双管RH的脱碳过程进行对比，找出两者在脱碳过程中的差异，为实际生产提供有效依据。本论文主要研究内容及结论如下: (1)在稳态流场计算的基础上，对单管RH进行非稳态的脱碳数值计算。单管RH脱碳效率随着提升气量的增大而增大，但在提升气量增大到1200NL/min后保持不变;随着真空度的提高，单管RH脱碳曲线斜率逐渐增大，提高真空度对脱碳作用效果十分明显;单管RH初始碳浓度设置在500ppm时，脱碳效果仍然良好，相比传统双管RH的400ppm的最大初始浓度，单管RH极大地减少了转炉的出钢压力。在相同的工艺参数条件下，单管RH脱碳效率比传统双管RH高27％。 (2)利用NaOH-CO2反应体系与实际真空溶氧及脱碳过程的反应体系的相似性，通过建立与原模型相似比为1∶5的水模型来模拟实际精炼过程中单管RH真空溶氧及脱碳过程。水模型实验研究结果表明:单管RH溶氧和脱碳速率随着提升气量和顶吹气量增大呈现出先增大后保持不变的趋势，随着顶枪枪位、真空度先增大后减小，存在一个最佳枪位和真空度值;在容量传质系数比较方面，单管RH比传统双管侧吹大35％;单管RH中双喷嘴要比单喷嘴大6％，传统双管RH中侧底复吹要比侧吹好9％。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2．1 RH炉外精炼技术的主要特点与功能

1．2．2 RH精炼技术的发展

1．2．3 RH精炼功能的发展

1．2．4 RH浸渍管结构的发展

1．2．5单管RH精炼技术的优点

1．3超低碳钢的精炼

1．3．1超低碳钢的概念

1．3．2超低碳钢的发展与现状

1．3．3单管RH精炼超低碳钢的优势

1．4 RH真空精炼过程中的脱碳数学模型

1．4．1 Yamaguchi的脱碳模型

1．4．2 1Takahashi的脱碳模型

1．5本课题研究意义与内容

1．5．1研究意义

1．5．2研究内容

第二章单管RH脱碳过程的数值模拟

2．1前言

2．2单管RH精炼过程钢液流动的数值模拟

2．2．1基本假设

2．2．2连续性方程

2．2．3动量守恒方程

2．2．4湍流k-ε方程

2．2．5边界条件

2．2．6单管RH钢液流场的数值计算

2．3单管RH脱碳过程的数值模拟

2．3．1单管RH脱碳过程的热力学

2．3．2单管RH脱碳模型的选取

2．3．3单管RH脱碳模型中主要参数的确定

2．3．4单管RH脱碳过程的计算步骤

2．3．5单管RH在不同参数下脱碳速率的对比

2．4单管RH与双管RH脱碳过程的数值模拟对比

2．4．1传统双管RH模型建立与网格划分

2．4．2传统双管RH流场计算结果

2．4．3单管RH与传统双管RH脱碳过程的对比

2．4．4单管RH与传统双管RH碳氧浓度分布

2．4．5钢液内CO浓度的分布及变化规律

2．5本章小结

第三章单管RH脱碳过程的物理模拟

3．1前言

3．2物理模型

3．3脱碳过程物理模拟的实验原理

3．4实验步骤

3．5实验结果分析及讨论

3．5．1单管RH改变顶吹气量的影响

3．5．2单管RH改变顶枪枪位的影响

3．5．3单管RH改变真空度的影响

3．5．4单管RH改变提升气量的影响

3．6单管RH与传统双管RH物理模拟对比

3．6．1单管RH与传统双管RH水模型流场对比

3．6．2单管RH与传统双管RH传质特性的水模型对比

3．7本章小结

第四章结论

参考文献

致谢