RH真空装置内顶枪喷粉过程的物理与数学模拟

摘要

RH真空精炼装置的多功能化，使得许多高性能钢生产成本大大降低，其功能的进一步发展已经成为钢铁冶金界的重要研究内容。作为其中一个重要的发展方向，RH真空精炼装置内喷粉工艺解决了钢水深脱碳和深脱硫技术中存在的生产周期延长，温度损失大，钢水容易增氮和增碳等问题。 本论文利用物理模型研究了RH真空精炼装置内顶枪喷粉工艺过程，对顶枪在真空室内中心位置、上升管位置上方和下降管位置上方喷粉进行了研究，考察了上升管的驱动气量、顶枪气量、项枪高度和液面高度(真空度)等工艺因素对钢液的混合特性和粉剂的穿透特性的影响规律，结果表明： (1)顶枪在真空室内钢液上方中心位置喷粉时，顶枪气量增加，钢液的均混时间随之增大，并具有最大值。顶枪喷吹时形成的冲击坑，影响钢液的均混时间，影响的大小与冲击坑的深度和形状有关。驱动气量增大，达到一定值后，继续增加驱动气量，均混时间不再减少。真空度越高，均混时间越少。喷入粉剂的穿透比随顶枪高度的提高而逐渐减少，并在液面以下时减少较快。顶枪枪位越高，驱动气量对喷入粉剂的穿透比影响越大。顶枪枪位低于液面时，驱动气量的增加对粉剂的穿透比影响较小。当驱动气量较大时，枪位的高低对粉剂的穿透比几乎没有影响。顶枪气量增加，喷入粉剂的穿透比随之增大，并具有最大值。 (2)顶枪在上升管位置上方喷粉时，随着液面高度的增加，顶枪气量对钢液均混时间的影响逐渐减小，当液面高度增加到一定值后，顶枪气量几乎不影响钢液的均混时间。驱动气量对钢液的均混时间的影响与顶枪在中心位置喷吹时一致。存在一个最佳顶枪气量，该气量下喷入粉剂的穿透比最大。 (3)顶枪在下降管位置上方喷粉时，驱动气量在达到较大值时，真空度对均混时间影响极小；随着顶枪枪位的提升，钢液的均混时间缩短。随着顶枪高度的提高，顶枪枪位位于液面以下时粉剂的穿透比增加，高出液面以后穿透比逐渐减少；粉剂的穿透比随驱动气量的增加而增加；随着顶枪气量的增加，喷入粉剂的穿透比随之增加；下降管上方液面产生的漩涡增加了喷入粉剂的穿透比。 (4)顶枪在下降管位置上方喷粉时，钢液的混合特性和粉剂的穿透特性优于顶枪在上升管和中心位置上方喷粉。本文根据动量定理，建立RH精炼装置内顶枪喷粉时，进入流动钢液内的粉气流行为的数学模型。通过计算表明，粉气液三相流轴向速度沿水平方向先减小后增加，弗劳德数越大，粉气液三相轴向速度达到最小值的水平距离越远。粉气液三相流轴向横断面直径沿着水平方向逐渐增大，三相流轴向横断面直径随弗劳德数的增加而减小。 在实验的基础上，本文提出RH真空室下降管位置上方喷粉新工艺的设想，为生产超低碳、超低硫钢的新冶炼工艺提供了一个发展方向。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1炉外精炼的发展

1.2多功能RH真空精炼类型

1.2.1 RH-O

1.2.2 RH-OB(浸没式真空吹氧技术)

1.2.3 RH-KTB(真空顶吹氧脱碳技术)

1.2.4 RH-MFB(真空多功能氧枪)

1.2.5 RH—PB

1.2.6 RH-PTB

1.2.7 RH-IJ(钢包喷粉精炼技术)

1.2.8 RH-VI

1.2.9 RH升压降压法(NK-PERM)

第二章RH精炼技术的研究进展与发展趋势

2.1循环流量的研究

2.1.1循环流量的经验模型

2.1.2循环流量的机理模型

2.2脱碳过程的模型研究

2.2.1脱碳过程机理模型

2.2.2动态脱碳过程模型

2.2.3脱碳过程的实验研究

2.3脱氮过程的模型研究

2.4 RH精炼设备内流动行为的研究

2.5 RH内脱硫模型研究

2.6本文研究的内容、目的和意义

2.6.1本文立题的依据

2.6.2采用的研究手段和方法

第三章RH-PTB真空精炼工艺的物理模拟

3.1实验方法

3.2均混时间的确定

3.2.1预备实验

3.2.2实验方案

3.2.3实验结果与讨论

3.2.4冲击坑对均混时间的影响

3.3粉剂穿透比的确定

3.3.1实验装置及实验方案

3.3.2相似准则

3.3.3实验过程

3.3.4实验结果与讨论

3.4本章小结

第四章RH真空装置内顶枪喷粉新工艺的物理模拟

4.1实验方法

4.2均混时间实验

4.2.1顶枪在上升管位置上方喷粉

4.2.2顶枪在下降管位置上方喷粉

4.2.3顶枪在真空室中心、上升管和下降管位置上方喷吹的比较

4.3粉剂的穿透比实验

4.3.1顶枪在上升管上方喷粉

4.3.2顶枪在下降管上方喷吹

4.3.3顶枪在真空室上升管、下降管和中心位置上方喷粉的比较

4.4本章小结

第五章RH精炼设备内顶枪喷粉的数学模拟

5.1携带固体粉剂的气体流股的流体动力学特征

5.2 RH真空设备内顶枪喷入熔池内的粉气流运行轨迹

5.2.1模型的建立

5.2.2结果与讨论

5.3本章小结

第六章结论

参考文献

附表

致谢

作者简介

攻读博士期间获得成果