LF精炼炉夹杂物行为的模拟研究

摘要

本文以包钢新建150tLF精炼炉为研究对象，根据实际的精炼工艺和炉况条件，对吹氩孔的位置、吹气量的大小、脱氧剂的混匀时间、夹杂物在钢液中的运动行为等问题进行了研究和讨论，以期对实际生产提供理论支持。
　　 课题以水模型和数学模型为研究方法，应用连续性方程、Navier-Stokes方程和湍流模型，对钢包流场进行了数值模拟计算。在建立流场的基础上，应用示踪剂浓度分布扩散方程，计算出脱氧剂在钢液中的混匀时间；在满足一些假设条件下，结合流场程序，应用颗粒运动轨道模型，大量跟踪计算了不同初始位置条件下的9种粒径颗粒在钢液内部的运动轨迹，然后通过统计的方法得到各种粒径颗粒的去除时间。计算程序采用FORTRAN语言编写，图形处理工具采用TECPLOT软件。
　　 通过对数值模拟和实验结果的比较分析，得出钢包双孔喷吹时，随着两孔到中心距离的增大和两孔之间的夹角的变小，底部动能的利用变好，流动活跃；而且通过水模实验的研究得出吹气量的大小存在一个临界值，当吹气量大于这个临界值，混匀时间变化减缓；脱氧剂在钢液中的混匀时间约为300s左右；对不同粒径夹杂物颗粒运动轨迹的计算得出：在夹杂物去除过程中，各区域的去除时间不同，双孔对称布置的流场中，对称面附近的夹杂物较难去除，夹杂物颗粒在漩涡中的运动轨迹近似为“二维运动”。
　　 本课题的研究给出了一些在实际生产过程中的具体操作参数，为实际生产提供了一些理论依据和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

引言

1 文献综述

1.1 LF炉的概述

1.1.1 LF炉精炼技术的现状和发展

1.1.2 LF炉的精炼原理

1.1.3 LF炉的精炼方法

1.1.4 LF炉适用的钢种

1.2 LF炉的基础理论

1.2.1 脱氧

1.2.2 脱硫

1.2.3 去除夹杂物

1.3 数值模拟的发展及研究方法

1.3.1 数学模型的发展

1.3.2 CFD软件在数值模拟中的应用

1.4 关于夹杂物的相关研究

1.4.1 夹杂物的基本描述

1.4.2 夹杂物的质量控制

1.4.3 夹杂物的一般动力学理论研究

1.4.4 吹氩去除夹杂物

2 选题的目的和意义

2.1 课题的提出

2.2 课题目的和意义

3 LF流场的模拟研究

3.1 数学模型的建立

3.1.1 基本假设

3.1.2 气泡模型

3.1.3 数学模型

3.1.4 边界条件

3.2 计算方法

3.2.1 网格划分

3.2.2 模型求解方法

3.2.3 计算条件

3.3 模拟方案

3.3.1 LF精炼炉数值模拟方案

3.3.2 模拟结果分析

3.4 本章小结

4 混匀时间的模拟研究

4.1 基本假设

4.2 模型的建立

4.3 边界条件

4.4 混匀时间计算结果

4.5 本章小结

5 LF炉水模型实验

5.1 实验原理

5.2 实验装置和测量方法

5.3 实验内容

5.3.1 双孔喷吹实验

5.3.2 双孔喷吹实验数据

5.3.3 双孔实验数据比较

5.3.4 单孔喷吹实验

5.3.5 单孔喷吹实验数据

5.3.6 单孔喷吹实验数据比较

5.4 单、双孔喷吹实验比较分析

5.5 水模混匀时间的数值模拟

5.6 本章小结

6 LF炉夹杂物去除的模拟研究

6.1 基本假设

6.2 数学模型的建立

6.3 模拟结果分析

6.3.1 静止钢液中夹杂物的运动特征

6.3.2 吹氩过程中夹杂物的运动特征

6.4 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢