LF精炼钢包底吹氩工艺物理数学模拟研究

摘要

本文以110tLF精炼钢包为原型，基于相似原理建立了1∶5的钢包底吹氩的物理模拟系统，考察了吹氩量对流动特性、混合和传质的影响规律，研究分析了渣的厚度、黏度以及熔池深度对钢包裸露面和卷渣的影响，同时对精炼过程钢包内夹杂物的去除进行了研究。利用数值模拟的方法，分析了LF底吹氩过程中钢液的流动行为，并计算了吹氩量对合金混匀时间的影响。本文获得的主要结论如下:
　　(1)LF底吹氩精炼过程中，供气量与混匀时间关系曲线上存在一拐点，吹氩量小于250NL/min时，随着吹氩量的增加，混匀时间迅速变短，而气量大于250NL/min，混匀时间随供气量变化不明显。出钢过程吹氩量对混匀效果影响不明显。
　　(2)物理模拟结果表明:在相同的条件下，顶渣越厚，裸露面越小;小气量下(＜200NL/min)，熔池越深，裸露面越小，在大气量下，熔池越深，裸露面越大;在相同的条件下，黏度增大，裸露面减小。临界卷渣实验表明:渣层越厚，越易卷渣;黏度降低，越易卷渣;熔池越浅，越易卷渣。
　　(3) LF精炼钢包内夹杂物模拟实验表明:夹杂物的去除主要发生在吹气后的前8分钟内，且0～4min时间段内夹杂物去除最快，去除率最大为25％;吹至第7个4min，夹杂物的去除率均小于5％，延长吹气时间效果不大。夹杂物去除的最佳吹氩量为50NL/min，夹杂物最高去除率为75％。
　　(4)数学模拟结果表明:偏心底吹会形成一大一小两个循环流，小循环流比大循环流剧烈;循环中心约在0.75H～0.80H(H为钢包中钢液的深度)之间，不同吹气量下循环中心保持不变。计算结果表明，最佳吹气量在250NL/min，在这一吹气量下，熔池搅拌效果较好，弱流区所占比例较少，混匀时间较短。钢包中出现卷渣的临界吹气量为120NL/min，与物理模拟结果相近。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 炉外精炼概况

1．1．1 我国炉外精炼技术的发展和现状

1．1．2 国外炉外精炼技术发展现状

1．2 LF精炼工艺技术

1．2．1 LF精炼功能

1．2．2 LF精炼工艺流程

1．2．3 LF精炼效果

1．3 本课题研究的内容和意义

第2章 LF精炼钢包底吹氩工艺简介

2．1 熔池中气泡行为

2．2 熔池搅拌功分析

2．3 钢包内流体流动行为和混匀时间分析

2．4 两相区研究进展

2．5 LF钢包卷渣临界底吹流量的研究

2．6 LF钢包内吹氩去夹杂物的研究现状

2．7 数值模拟研究现状

第3章 LF精炼钢包底吹氩物理模拟

3．1 实验原理

3．1．1 几何相似

3．1．2 动力相似

3．1．3 渣钢界面的相似条件

3．1．4 夹杂物模型的建立

3．2 实验方法

3．2．1 钢包混合特性实验研究

3．2．2 卷渣实验研究

3．2．3 夹杂物实验研究

3．3 实验结果分析与讨论

3．3．1 LF精炼钢包的流场特性

3．3．2 混合特性实验结果分析

3．3．3 卷渣实验结果分析

3．3．4 夹杂物去除行为分析

3．4 小结

第4章 LF精炼钢包底吹氩数学模拟

4．1 数学模型的建立

4．1．1 控制微分方程

4．1．2 基本假设

4．1．3 边界条件的设定

4．2 数学模型的求解

4．2．1 控制方程的离散和求解

4．2．2 网格划分

4．3 结果分析

4．3．1 流场分析

4．3．2 卷渣分析

4．3．3 混匀时间分析

4．4 小结

第5章 结论

参考文献

致谢

文中包含图、表、公式及文献