数值模拟氧气底吹熔炼工艺参数优化

采用数值模拟方法,分别研究熔池深度、气体流量、氧枪倾角、氧枪直径等参数变化对熔池气含率、熔体平均速度和平均湍动能的影响.结果表明:当熔池深度为1.3~1.5 m时,熔池内部气液两相搅拌强烈,气含率存在较大值为17.5 %,熔池处于较好的运动状态;气含率、熔体平均速度和平均湍动能随气体流量的增加呈现先减小后增大趋势,选取适宜气体流量为0.6~0.7 kg/s;熔池气含率随氧枪倾角的逐渐增大先增大后减小,而熔体平均运动速度和平均湍动能呈现先减小后增大趋势,选取适宜氧枪倾角为20°~25°;氧枪直径为30~35 mm时,熔池气含率和平均湍动能处于较大值,约为13 %和0.8 m2/s2,熔池处于较好的运动状态.      

大型富氧底吹铜熔炼炉气-锍-渣多相流模拟及澄清区优化研究

铜富氧底吹熔炼作为先进的铜冶炼技术被广泛应用,针对国内单体最大铜底吹熔炼炉存在的熔炼效率低、渣含铜过高的问题,进行了底吹炉内气-锍-渣多相流场的三维数值模拟研究。以改善熔池搅拌、降低渣含铜为目标,对氧枪数量、熔池深度进行了优化。结果表明,改变靠近排渣端氧枪数量对延长澄清区长度、降低渣含铜具有显著的积极影响。关闭2支氧枪后,渣-锍澄清区相较于原工况延长了27.425%(0.925m),关闭4支氧枪后,渣-锍澄清区延长了50.165%(1.695m)。根据熔池搅拌区气含率和搅拌均匀性,得出熔池较优的深度范围为1.5～1.7m。     

铜底吹熔池熔炼炉多相流数值模拟

在铜的富氧底吹熔池熔炼过程中,熔池内的多相流动决定了颗粒下料、传热传质及化学反应速率。本文建立了包含气泡、铜锍、渣的三相数学模型,并通过水力学模型实验对数学模型进行了验证。对不同气流速度、铜锍深度、渣层厚度进行了数值模拟,研究炉内渣眼尺寸、旋流强度及漩涡位置等情况。结果表明,随着气流速度增大,气泡流对熔池的搅拌程度逐渐强烈,气泡弥散程度降低,但气流速度过大容易造成熔体喷溅。铜锍深度越大,旋涡搅拌面积越大,旋流强度越大,渣层变短变厚,有利于排渣,但熔池深度增大到一定程度时渣眼直径急剧减小,并且铜锍卷渣程度增大。随着渣层厚度增加,铜锍层内气泡尺寸增大,渣眼尺寸急剧减小,甚至消失,漩涡同时出现在铜锍和渣层内,导致卷渣严重。     

四孔氧枪顶吹转炉的三相流流场数值模拟

采用数值模拟软件Fluent建立了一个瞬态的三维数学模型,对100 t氧气顶吹转炉流场进行数值模拟。通过改变氧枪枪位和氧枪喷孔夹角,得出相应的冲击深度和冲击面积以及熔池内部速度分布。结果表明,在相同的条件下,随喷吹枪位的升高,射流形成的钢液凹坑直径变大,而冲击深度变小;随喷孔夹角的增大,射流冲击直径变大,而冲击深度减小。低枪位有利于增大熔池上层钢液流速,高枪位利于促进熔池下部钢液流动;喷孔夹角增大利于增大熔池表层高速区面积,但熔池中心底部低速区面积也随之增大。     

铅精矿侧吹熔炼气-液多相流动过程数值模拟

铅精矿富氧侧吹熔池熔炼技术具备原料适用范围广、炉体使用寿命长、废热废料利用率高、热量有效利用率高等诸多特点,在炼铅工艺中占有重要地位。基于VOF多相流模型与Realizable k?ε湍流模型建立了侧吹炉内的多相湍流流动过程数值仿真模型,并利用物理模型对仿真可靠性进行了验证。模拟研究了喷枪喷气速度、喷嘴排布方式以及渣液位高度对熔池搅拌效果的影响,确定了喷枪结构不变的情况下,最佳的工艺条件为喷枪喷气速度100~150 m/s、渣液位高度1.6~1.7 m。     

炼钢过程多相流及其反应动力学数值模拟研究

炼钢过程主要是通过喷吹手段来达到脱碳、脱磷、脱硫、去夹杂等冶金目的,其过程涉及极其复杂的气-金-渣多相流行为和反应动力学,对其研究揭示是实现高效炼钢和钢超洁净化的重要基础,数值模拟已成为解析炼钢过程现象和机理不可或缺的手段.本文结合前人的工作,总结介绍了作者在转炉冶炼和钢包精炼过程数值模拟方面的研究进展.通过对转炉冶炼熔池内渣-金-气多相流行为的数值模拟,揭示了熔池混匀、炉衬冲刷、金属液滴喷溅等重要物理现象,同时通过耦合冶金热力学,定量描述了转炉内脱碳、脱磷等反应过程,优化了转炉吹炼工艺;基于Euler-Euler模型,描述了钢包吹氩精炼过程钢液湍流脉动诱导气泡扩散和气泡上浮诱导钢液湍流等重要现象,并利用CFD-PBM模型描述了夹杂物运动、碰撞聚合及去除行为,发现了气泡-夹杂物湍流随机碰撞去除夹杂物的新机理,同时通过CFD-SRM耦合模型实现了钢包精炼多组分参与渣-金反应和脱硫行为的定量描述,揭示了钢液与顶渣的成分、底吹模式对脱硫效率的影响规律.针对钢包底喷粉脱硫新工艺,提出了底喷粉过程中顶渣-钢液、空气-钢液、粉剂-钢液、气泡-钢液多界面多组分同时反应模型,考虑了气-液两相流、粉剂传...     

150 t复吹提钒转炉氧枪优化模拟

利用数值模拟方法,分析了优化前后4种顶吹氧枪喷吹条件下熔池流动特性,并采用全六面体网格等尺寸建模,结合VOF多相流算法追踪熔池“气-渣-金”三相流过程,将模拟结果进行对比分析,确定适用于承德钒钛150 t提钒转炉的氧枪结构参数。优化后氧枪对转炉熔池冲击搅拌效果明显优于原氧枪,但优化后氧枪加速了转炉底部的侵蚀程度。工业试验结果表明,在保证现有提钒效果不变的前提下,转炉平均供氧时间缩短40 s,氧枪寿命提高35炉次,可有效提高转炉冶炼动力学条件。     

南钢110 t转炉顶吹氧枪喷吹特性模拟与应用研究

本研究利用Fluent软件对南钢110 t转炉顶吹氧枪喷头参数对超音速射流流场分布特性影响进行三维数值模拟,并将研究结果应用到南钢110 t转炉常规冶炼过程。研究结果表明,13.5°四孔氧枪在1.7 m处(理论枪位)保持较高的射流速度,且射流有效冲击半径最大。即13.5°四孔氧枪可有效提高氧气与熔池的接触面积,提高氧气利用效率。基于412炉次冶炼数据结果发现,相比于原氧枪,在采用设计流量为24 000 m3/h,喷孔夹角13.5°的优化后氧枪时,在相同冶炼条件下,110 t钢水的平均冶炼时间及终点碳氧积分别减小1.5 min及0.000 3,熔池脱磷率提高4.1%,终渣TFe含量下降1.7%。     

基于多相流数值模拟的电弧炉脱碳速度研究

利用CFD软件对某厂150 t电弧炉进行了三维三相流数值模拟.将射流冲击深度的数值模拟结果与水模实验外推结果进行了比较,两者吻合较好.模拟结果表明;由于氧气射流的冲击,在熔池表面形成未被渣层覆盖的裸露钢液面,裸露钢液面是氧气与钢液的主要接触区域.利用基于红外烟气分析技术的脱碳模型,测定电弧炉炼钢过程中不同供氧流量下的脱...     

RH-KTB氧枪射流特性的数值模拟

以西昌钢钒200 t RH-KTB真空精炼装置为原型,借助CFD数值模拟的方法,通过分析射流马赫数、射流动压和半射流宽度,研究了常压及真空条件下超音速氧气射流的特性.研究结果表明:射流马赫数随着环境压力的降低而增加,但以牺牲流动稳定性为代价;尽管存在"流动不稳定"的情况,但适当降低环境压力至10000 Pa有助于减小半...     

钢包底吹氩过程数学物理模拟研究

以130t钢包为研究对象建立水力学模型,以电导法测定了底吹氩钢包内钢液的混匀时间,讨论钢包底吹氩工艺中透气元件不同布置方式以及不同吹气量对钢液混匀时间的影响。同时用数值模拟的方法,对钢包内流场进行计算,探讨各种情况下钢包内流场变化,提出最佳底吹气搅拌位置及吹氩制度。     

底吹钢包内流动及混合的两相流数值模拟

应用欧拉-欧拉模型建立了钢包内钢液流动及混合过程的数学模型,考察了吹气量对中心底吹及偏心底吹钢包内流场及均混时间的影响。计算结果表明,钢包底部四周为流动缓慢区域;吹气量越大,一方面可以降低均混时间,另一方面会导致钢包自由液面的钢液流速增大,从而容易造成卷渣;从缩短混合时间,提高生产效率考虑,偏心底吹更为有利。     

底吹氩中间包钢液流动特性的数值模拟研究

根据某厂实际中间包的操作工艺参数,采用欧拉两流体模型以及多孔介质模型,用数值模拟法研究了同时采用湍流控制器和气幕挡墙技术,中间包内气幕挡墙的位置及吹气量对中间包内钢液流动特性的影响。结果表明,采用气幕挡墙技术,吹气量及吹气位置对钢液流场及RTD曲线影响较大,吹气位置靠近人口或出口都不利于中间包钢液流动特性的改善,吹气量太大易引起表面卷渣现象,吹气量太小,不能形成有效的气幕挡墙。气幕挡墙距离人口1200～2000mm,且吹气量为0．90m^3／h时,可以有效延长钢液的停留时间,减小死区体积,有利于夹杂物的上浮去除。     

底吹喷枪结构对熔池搅拌效果的影响特性研究

针对目前底吹熔池熔炼过程中,如何改变喷枪结构起到强化搅拌目的的难题,采用数值模拟的方法建立了底吹熔池熔炼炉多相流非稳态数学模型,构建了多层栅栏结构的氧枪模型。计算结果表明,氧气底吹过程具有周期性,可分割成大气泡形成、气流柱形成和气流冲破熔池液面三个过程,并对有无栅栏喷枪结构在这三个过程下的相图、面平均湍动能、平均压力进行比对分析,结果表明多层栅栏枪口结构有助于强化熔池内部搅拌。     

机械搅拌驱动下固液混沌混合特性数值模拟

混沌搅拌对于理解复杂系统行为、改善混合过程的效率和质量以及推动科学和技术的发展具有重要意义。通过数值模拟计算,从搅拌迹线和流场揭示了混沌搅拌的搅拌效果优于普通匀速搅拌。通过流场迹线分析,得出混沌搅拌强化搅拌效果的根本原因是混沌搅拌打破了搅拌的隔离死区。同时混沌搅拌所产生的整个流场的紊乱程度要远远大于普通匀速搅拌。     

转炉氧枪超音速射流特性的数值模拟

用Fluent软件对炼钢转炉氧枪在不同工况条件和环境温度下的射流行为进行数值模拟研究。结果表明:出口马赫数、环境温度和出口压力对氧气射流影响显著;氧枪射流超音速核心长度与出口马赫数和环境温度呈正相关,与环境气体压力呈负相关;在设计工况下,回归得到无因次超音速核心长度与出口马赫数的关系方程;非设计工况下,随着出口压力的变化,超音速核心长度与出口压力比(Pe/Pa)呈线性关系。此外,进一步研究了转炉内环境温度变化对超音速射流核心长度的影响,通过引入"引射率"分析了射流在传输过程中对周围气体的引射特性,并得到轴向引射率随出口马赫数和环境温度的变化关系。     

单孔炼钢氧枪冲击深度的数值模拟

转炉炼钢是一个高温冶金过程,传统的方法难以计算炼钢过程中氧枪冲击钢水的深度。关于氧枪枪位和冲击深度的关系式有些是出于理论计算,有些是经验的。利用Fluent软件对不同枪位的氧枪冲击深度进行模拟,发现模拟结果与现有理论公式相差较大,然后利用origin数学工具软件拟合出较合理的枪位和冲击深度的关系式。     

川威70 t转炉高效吹氧的研究与实践

川威集团有限公司为提高钢产量,通过对高效吹氧技术的研究与实践,对现有70 t转炉氧枪进行改进设计,提高供氧强度到4.0 m3/(t·min),同时对新氧枪的冶炼造渣制度和供氧制度进行优化,保证了吹炼稳定,技术经济指标良好,实现年产钢增加20%.