包钢150吨LF炉最佳吹气位置及温度分布优化模拟研究

摘要

钢包精炼炉是一种二次精炼设备，具有优异的综合性能，在炼钢生产中得到了广泛应用，LF冶金模型的应用，有助于其降低电耗、电极消耗、氩气消耗以及合金消耗，并提高产品的质量和稳定性。 本文通过对包钢150吨LF钢包炉的实验研究以及对钢包炉的主要冶金过程进行了数值模拟，并进行了有针对性的讨论，以期对设备的顺行及潜力提供理论指导。 课题以冶金过程理论为基础，应用稳态过程连续性方程、动量输运Navier-Stokes方程及湍流双方程模型，对包钢150吨LF钢包炉流场、温度场及混匀时间进行了数值模拟计算，开发出能够较真实计算出具有复杂形状LF炉过程计算程序。计算工具采用FORTRAN语言，采用TECPLOT软件为图形处理工具。 通过对实验结果和数值模拟结果的比较分析，对于具有复杂结构的LF炉的流场、温度场具有了进一步的认识，比较不同位置、不同吹气量下流场形态、湍动能和弱流区，确定了最佳吹气位置、最佳吹气量；通过对钢液温度场的模拟研究，分析了引起温降的原因，给出了钢液内部合理的温度分布；结合水模和数值模拟，给出了最佳混匀时间。 本文的研究可以对具有复杂结构的钢包精炼炉的研究具有一定的理论和参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1文献综述

1.1 LF炉概述

1.1.1 LF炉精炼技术简介

1.1.2国内LF炉精炼技术的应用

1.1.3国外LF炉精炼技术的应用

1.1.4 LF炉精炼工艺流程

1.1.5 LF炉的精炼功能

1.2 LF炉的现状和发展方向

1.2.1现状

1.2.2发展方向

1.3数值模拟研究发展及研究方法

1.3.1流场数学模型的发展

1.3.2 LF炉温度场的研究与应用

1.3.3基础数学方法研究分类

1.3.4 CFD模拟技术在LF炉中的应用

1.4物理实验研究

1.4.1气液两相区的研究

1.4.2气泡体积分率的四种表达形式

1.4.3混合过程和混合时间

2选题的目的和意义

2.1课题的提出

2.2目的和意义

2.3特点

3计算准备

3.1网格的划分

3.2传输方程的离散

3.3模型求解方法

3.4壁面效应处理

3.5计算依据

4 LF炉流场的模拟研究

4.1模型的建立

4.1.1近壁区的处理

4.1.2气泡含气率

4.1.3模拟方案

4.2边界条件

4.3模拟结果

4.3.1两相区含气率在轴向和纵向的分布

4.3.2喷孔位置对流动形态的影响

4.3.3喷孔位置对湍动能的影响

4.3.4喷孔位置相对弱流区域的影响

4.3.5喷吹流量对于钢包内流动的影响

4.4本章结论

5 LF温度场数学模拟研究

5.1基本假设

5.2数学模型的建立

5.3边界条件

5.4钢包内钢水温度场计算及结果

5.4.1对流换热系数的计算

5.4.2引起钢包温降因素的分析

5.4.3钢液在静止状态下的温度变化

5.4.4钢包在电极不加热、单独吹氩过程中的温度变化

5.4.5钢包电极加热过程中的温度变化

5.5本章结论

6混匀时间的数值模拟

6.1基本假设

6.2模型的建立

6.3边界条件

6.4混匀时间计算结果

6.5本章结论

7 LF炉的水模实验

7.1实验目的

7.2实验原理

7.3实验装置

7.4实验方案

7.5实验数据

7.6比较双孔位置关系对混匀时间的影响

7.7数值模拟(水)结果

7.8本章结论

8结论

参考文献

在学研究成果

致谢