70吨提钒转炉复吹工艺数理模拟研究

摘要

根据相似理论，以某厂70t提钒转炉为研究对象，利用1∶8的物理模型通过冷态模拟，研究了底部供气元件布置方式、底吹流量等工艺参数对顶底复吹提钒熔池混匀时间的影响规律，考察了溅渣枪位、顶底吹气量对溅渣量和溅渣均匀性的影响。建立了提钒转炉纯顶吹及复吹的数值模拟计算模型，利用Fluent14.5软件对提钒转炉熔池内的流体流动进行了数值模拟。实验结果表明:
　　(1)通过对比七种底吹布置下熔池的均混时间得出最佳的底吹布置为A4布置方案，该优化的底吹布置方案为:4支底枪分两组非对称布置在转炉底部0.42D和0.51D的两个圆周上，两条相应直径上的2支底枪的连线夹角为60°。
　　(2)给定顶吹流量和枪位条件下，随着底吹流量增大，熔池混匀时间均呈减小的趋势。因此，本水模实验最佳的底吹流量是0.069Nm3/h。结合现场条件，取底吹流量为0.054Nm3/h，对应现场底吹流量140Nm3/h。
　　(3)溅渣前期，采用顶吹流量24.84Nm3/h、枪位212.5mm、底吹流量0.054 Nm3/h可获得较好溅渣效果;溅渣后期，采用顶吹流量23.18Nm3/h、枪位212.5mm、底吹流量0.054Nm3/h，可获得最佳溅渣护炉效果。
　　(4)数学模拟得到的冲击坑深度是36±3mm，与物理模拟实验数据的相对差为10％。数学模拟计算所得冲击坑半径是75±2mm，与物理模拟实验数据的相对差为16.7％。物理模拟得到的均混时间为70s，相对差为10.3％，因此二者具有较好的吻合度。
　　(5)针对现场原型的数学模拟，枪位为800mm时，冲击坑深度为299mm，冲击坑半径为307.5mm;枪位从1000mm下降到900mm，冲击坑深度增大95mm，冲击坑半径增大19mm;枪位从900mm下降到800mm，冲击坑深度增大14mm，冲击坑半径减小23mm，并且底吹对冲击坑的干扰作用不是十分明显，因此在考虑冲击坑对熔池混匀效果方面采取枪位范围为800mm～900mm。
　　(6)相对于低枪位，高枪位下的熔池较为稳定但熔池内钢液流速较低，熔池底部“死区”面积大，因此在现场条件允许的情况下采取低枪位有利于熔池搅拌。
　　(7)相对于纯顶吹条件下的熔池内部流场，顶底复吹条件下的熔池内钢液的流速有所增大，尤其对纯顶吹条件下存在的熔池底部及大环流区搅拌加强，因此改善提钒转炉底吹供气方式尤为重要。
　　(8)采用非对称底吹布置在熔池底部出现“环流”，有利于熔池的整体搅拌效果;与对称底吹布置相比，熔池内的钢液流动流速较为均匀且熔池中心区域速度增大，证明了A4底吹布置优于A1底吹布置的合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钒及提钒工艺简介

1．2 提钒基本原理

1．2．1 提钒热力学原理

1．2．2 提钒动力学原理

1．2．3 影响转炉提钒的主要因素

1．3 蘑菇头的发展形成及作用

1．3．1 蘑菇头技术的发展

1．3．2 炉渣-金属蘑菇头组织结构、形成机理

1．3．3 蘑菇头的作用

1．4 提钒转炉的发展历程及熔池流场研究现状

1．4．1 提钒转炉发展历史进程

1．4．2 提钒转炉熔池流场的研究现状

1．5 课题研究意义及主要内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题主要内容

第2章 转炉熔池流场流动模拟方法

2．1 转炉物理模拟研究

2．1．1 实验原理

2．1．2 模型转炉参数的确定

2．1．3 实验设备

2．1．4 实验方法

2．2 转炉数学模拟研究

2．2．1 流场模拟

2．2．2 组分传输模型

2．2．3 网格划分

2．3 本章小结

第3章 物理模拟实验结果

3．1 物理模拟实验方案

3．1．1 复吹的实验方案

3．1．2 溅渣护炉实验方案

3．2 物理模拟实验结果

3．2．1 顶底复吹实验结果与分析

3．2．2 底吹气体流量对熔池搅拌的影响

3．2．3 形成稳定蘑菇头的最低气体流量的理论计算

3．2．4 底吹气体流量确定结果讨论

3．3 工艺因素对溅渣效果的影响

3．3．1 溅渣前期(留渣量为5t)相关因素对溅渣质量通量的影响

3．3．2 溅渣后期(留渣量为3t)相关因素对溅渣质量通量的影响

3．4 本章小结

第4章 数学模拟实验结果

4．1 针对物理模型的数学模型

4．1．1 冲击坑深度和半径的对比验证

4．1．2 均混时间的对比验证

4．2 针对提钒转炉底吹重要性的数学模型

4．2．1 顶吹条件下不同枪位冲击坑形貌分析

4．2．2 顶吹条件与顶底复吹条件下冲击坑形貌对比分析

4．2．3 顶吹条件与顶底复吹条件下流场速度对比分析

4．3 针对优化后顶底复吹转炉的数学模型

4．3．1 不同底吹布置下的速度矢量分析

4．3．2 不同底吹布置下的速度分布分析

4．4 本章小结

第5章 工艺参数优化应用效果

5．1 半钢中残钒量

5．2 粗钒渣及精钒渣中的TFe含量

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢