交替吹气钢包中示踪剂传输过程的数值模拟

炼钢生产过程中，改善钢包中的流场对提高钢液纯净度、均匀化学成分和温度、缩短混匀时间有重要的作用。在钢包中进行交替吹气可以改善钢包中的混匀过程。使用STAR-CCM+软件对130 t钢包按1/5比例缩小之后的水模型进行数值模拟研究，探究了在不同时间点进行交替吹气后流场的变化、示踪剂传输过程、混匀时间的变化。研究结果表明：采用交替吹气时最终会形成与单孔吹气呈镜像的流场，达到稳定流场所需的时间在55～76 s之间。交替吹气后，由于惯性，示踪剂仍会以逆时针的环流向钢包表面传输，交替流场形成后，示踪剂以顺时针的主环流进行传输，此时死区位于钢包底部的前下方和后下方。交替吹气的时机会影响示踪剂参与逆时针的惯性引起的环流和参与新流场中顺时针主环流的分配比例。与单孔吹气相比，采用交替吹气钢包顶部监测点的混匀时间有所缩短，底部监测点的混匀时间有所增加。     

RH精炼过程气体喷吹角度对多相流动及传质的影响

当前,在我国制造业高质量发展和“双碳”战略下,钢铁工业的高端、绿色、低碳、高效率的创新发展十分关键。RH精炼具有脱碳、脱气、脱硫、去除夹杂物及调整钢水成分等冶金功能,已成为轴承钢等诸多高品质钢生产的重要工序之一。本研究工作基于提高RH上升管气泡分散度、扩大气泡与钢水相互作用范围的思路,创新性的提出了旋转喷吹新技术,通过简单改变上升管气体喷吹角度,实现上升管内钢水的旋转流动,而钢水旋转流动进一步促进气泡的弥散分布,从而充分发挥气泡对钢水的提升作用,提高上升管横截面速度分布的均匀性和RH精炼的循环流量。本文首先开展了传统喷吹条件下的数值模拟和水模型实验研究,结果表明,气体流量为40 L·min-1时,数值模型预测的混匀时间与水模型实验测得的结果吻合较好,在选定的三个监测点位置,模型预测值与水模型实测值的误差在1.3%~7.3%范围内,证明了数值模型的可靠性;其次,开展了不同气体喷吹角度对RH精炼过程多相流动及传质行为的影响,研究表明,传统喷吹角度下的循环流量为9 kg·s-1,当喷嘴水平旋转30°或45°时,循环流量提高了约15%,此外,预测的三个监测点的混匀时间分别缩短了约21.3%、28.2%和12.3%。喷吹角度为30°和45°时,对128个气泡的统计分析表明,气泡在流体中的平均停留时间增加了约33.3%。研究表明,新的喷吹技术有利于提升RH循环流量和混匀时间,有望为进一步提升RH精炼效率提供了重要解决思路。