RH真空精炼环流管参数对循环流动影响的模拟研究

摘要

RH真空精炼装置的环流管参数直接影响了RH精炼过程钢液的流动和冶炼的效率，因此对环流管参数的研究和分析具有很高的学术价值和实际意义。同时，采用CFD软件进行计算机模拟，与传统的数学模拟，物理模拟和水模型实验，具有其自身的优势：省力，省时，省钱。
　　 本文主要利用CFD软件FLUENT对RH水模型进行流场模拟，研究和分析环流管参数(直径、插入深度，插入位置和间距等)对装置内水的流动状态和环流量的影响。利用FLUENT前处理软件GAMBIT对RH精炼装置(真空室、钢包和上升管)进行三维建模，并且进行网格划分。在此基础上，利用数学和物理模拟的相关知识，确定计算的数学模型和边界条件，用FLNENT对流场形态进行模拟，然后用得到的模拟结果与实验水模型相对照，并加以讨论。
　　 模拟结果表明，对特定真空室，存在一个最优化环流管直径，在此环流管直径下，流体流速明显增加，循环流量增大，这有利于RH装置内的混合、脱碳和脱气；环流管偏心插入钢包时，在真空室底部、真空室及钢包钢液表面的下降管处发现较大的漩涡，但对循环流量影响较小；减小环流管间距，真空室左侧壁面的回流增强，循环流量减小；减小环流管插入深度，循环流量增大。在RH设备设计中，在不发生钢渣卷混的前提下，尽量减小环流管插入深度或增大环流管间距可提高钢液循环流量。
　　 上述模拟结果，可以定性确定环流管参数对钢液流动形态和环流量的影响，对实际生产操作中进一步提高冶炼效率具有一定参考价值。但同时还应看到，本研究仅单独考虑环流管参数对循环流动的影响，并不能完全反映整个装置的循环流动行为；再有，由于时间和条件的限制，本文只做了两根环流管的模拟，后续的研究工作可以关注多根环流管的模拟。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 RH精炼技术发展概况

1.2 RH精炼的工艺原理

1.3 RH精炼过程的工艺特点

1.4 RH精炼功能的扩展

1.4.1 RH-O真空吹氧技术[11]

1.4.2 RH-OB真空吹氧技术[12]

1.4.3 RH-KTB真空吹氧技术[13]

1.4.4 RH多功能喷嘴(MFB)[14]

1.5 本课题的目的意义和研究内容

1.5.1 本课题的目的意义

1.5.2 本课题的研究内容

第2章 RH精炼过程中的数学模型

2.1 基本假设

2.2 控制方程

2.2.1 相连续性方程

2.2.2 动量守恒方程

2.2.3 湍流模型

2.3 边界条件

2.3.1 壁函数

2.3.2 自由表面

2.3.3 气体入口处

2.4 修正的气相模型

2.5 RH钢包内钢液流动的数学模拟

2.5.1 RH钢包内钢液流动的二维数学模拟

2.5.2 RH钢包内钢液流动的三维数学模拟

2.5.3 RH装置内钢液流动的三维数学模拟

第3章 RH精炼过程的物理模拟和水模型

3.1 RH精炼过程的物理模拟原理

3.2 RH精炼过程的流动特性参数及影响因素

3.2.1 环流量

3.2.2 混合时间

3.2.3 RH钢包内流场的显示

3.3 实验用水模型的建立和流动性能测定

3.3.1 模型装置

3.3.2 流动性能测定

3.3.3 测定结果

第4章 基于FLUENT的计算机模拟

4.1 计算机模拟软件FLUENT简介

4.1.1 FLUENT程序的结构

4.1.2 FLUENT程序的用途

4.1.3 FLUENT程序求解问题的步骤

4.2 模型的建立及网格划分

4.2.1 建立模型

4.2.2 网格划分

4.3 数值模拟

4.3.1 FLUENT求解方法的选择

4.3.2 模拟采用的模型

4.4 模拟结果及讨论

4.4.1 环流管直径对循环流动的影响

4.4.2 环流管插入深度对循环流动的影响

4.4.3 环流管插入钢包位置对循坏流动的影响

4.4.4 环流管间距对循环流动的影响

第5章 结论

参考文献

致谢