钢包底吹氩过程数学物理模拟研究

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钢包底吹氩及钙处理工艺的物理模拟的开题报告

钢包底吹氩及钙处理工艺的物理模拟的开题报告一、研究背景和意义随着钢铁制造技术的不断发展，底吹氩及钙处理工艺成为了提高钢铁品质的关键工艺之一。

在该工艺中，通过底部喷吹氩气，可以有效地减少钢中氧、氮的含量，同时在加入适量的钙的情况下，还可以进一步提高钢铁品质，使钢中的氧含量有所降低，同时有利于去除钢中的夹杂物。

针对该工艺的研究主要集中在实验室和工作实践方面，通过试验和生产实践，探究底吹氩及钙处理工艺对钢铁品质的影响。

然而，试验不仅成本高昂，而且无法直观地观察钢液流动过程，难以全面的了解底吹氩及钙处理工艺中的物理变化规律。

由此可见，利用计算机模拟手段对底吹氩及钙处理工艺中的物理过程进行数值模拟具有非常重要的意义。

其可以帮助工艺研究人员深入了解底吹氩及钙处理工艺中的物理规律，从而更好地指导实验和生产实践。

二、研究目的和内容本文旨在开展钢包底吹氩及钙处理工艺的物理模拟研究，主要研究内容包括：1、针对底吹氩工艺，采用计算流体力学方法建立钢液中氩气扩散的数学模型，分析氩气扩散过程中的物理规律。

2、针对加入钙处理工艺，采用计算热力学方法建立包含钙元素的钢水流动模型，分析钙元素在钢水中的分布及其对钢水性能的影响规律。

3、将氩气扩散模型和钙处理模型集成到一起，建立底吹氩及钙处理工艺的综合模型，并进行数值求解和结果分析。

三、研究方法和技术路线本文的研究方法主要包括理论方法研究和数值模拟研究。

具体的技术路线如下：1、建立氩气扩散模型。

采用计算流体力学方法，建立针对钢液中氩气扩散的数学模型，并通过数值模拟求解模型，得到氩气在钢液中的扩散规律。

2、建立钙处理模型。

采用计算热力学方法，建立包含钙元素的钢水流动模型，并通过数值模拟求解模型，得到钙元素在钢水中的分布规律。

3、建立底吹氩及钙处理工艺的综合模型，将氩气扩散模型和钙处理模型集成到一起，并通过数值分析和结果分析，深入探究底吹氩及钙处理工艺中的物理变化规律。

四、预期成果和现实意义1、预期成果本研究将通过计算机模拟手段建立底吹氩及钙处理工艺的物理模型，并通过数值分析和结果分析深入探究底吹氩及钙处理工艺中的物理变化规律。

120t钢包底吹氩参数数理模拟研究及工艺优化

本研究通过数值模拟研究钢包底吹氩过程钢液的流动状况，把钢液视为连续相、气泡视为分散相，利用离散相模型计算钢包底吹氩过程。
１．１基本假设
由于熔池内部存在复杂的运动过程，模型建立时基于以下假设［２］：
（１）流体为不可压缩黏性流体，初始状态下熔
池内充满液相；
（２）气泡浮力是驱动钢液循环流动的动力；
ＡＢＳＴＲＡＣＴＢｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌａｎｄｗａｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎｄａｃｔｉｖｅｚｏｎｅｒａｔｉｏｏｆａ１２０ｔｌａｄｌｅｉｎＬＦｒｅｆｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｐｏｒｏｕｓｐｌｕｇａｎｄａｒｇｏｎｆｌｏｗｒａｔｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅａｃｔｉｖｅｚｏｎｅｉｎｌａｄｌｅｉｎ⁃ ｃｒｅａｓｅｄａｎｄｔｈｅｍｉｘｉｎｇｔｉｍｅｒｅｄｕｃｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆａｒｇｏｎｆｌｏｗｒａｔｅ，ｔｈｅ１２０ ° ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｐｏｒｏｕｓｐｌｕｇｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｏｔｈｅｒｓｗｈｅｎｔｈｅａｒｇｏｎｆｌｏｗｒａｔｅｉｓｓｍａｌｌ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｐｅｒｍｅａｂｌｅｂｒｉｃｋｆｏｒｅｘｉｔｉｎｇｌａｄｌｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｏｌｔｅｎｏｆｓｌａｇａｎｄａｌｌｏｙｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｆｉｎｉｎｇｔｉｍｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ｉｔｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｆｏｒｔｈｅｒｅｄｕｃｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｗａｓｔｅｂｙｌｉｃｋｉｎｇ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＬＦｒｅｆｉｎｉｎｇａｒｇｏｎｂｌｏｗｉｎｇｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｍｅａｂｌｅｂｒｉｃｋ

60tLF钢包底吹氩行为的物理模拟

要求也越来越高…，除要求强化熔池搅拌，加速成分
和温度的均匀，提高化学反应速度外；要求能够还增大渣钢反应面积，促进夹杂物颗粒碰撞、聚合、随气泡上浮，高钢液洁净度。因此，内外企业提国都非常注重对钢包吹氩工艺的研究］。本研究以
相等，模型与原型对应的尺寸参数按１的比例。：４
２２动力相似．
测量平均值。试验取定的混匀度为９％。５
电导率仪熔池压力表储气罐阀门
对于Ｌ钢包吹气精炼系统来说，Ｆ引起体系流动
的动力主要是气泡浮力而不是湍流的黏性力，因此
ｉ・＾＾＾．．’． ’．、＾，． ‘ 、＾．～．・。．
试验研究；
６Ｌ包底吹氩行为的物理模拟冰０ｔＦ
韩文习李丰功，，战东平王，博’ ，杨志杰
（莱芜钢铁集团有限公司，１山东莱芜２１０；７１４２东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳１００）１０４摘要：基于相似原理和莱钢６Ｌ０ｔＦ钢包，立了一套水模拟试验装置，模型和钢包原型的几何相似比例为１４用该装建水：，
中图分类号：Ｆ６．Ｔ７９２文献标识码：Ａ文章编号：０ — ６０２１）３０２ — ３１０４２（０２０ — ０９０４
１日舌Ｕ
近年来，随着用户对钢质量和洁净度要求的日益严格，Ｌ（ａｌＦｒａｅ钢包吹氩搅拌效果的对ＦＬｄｅｕｃ）ｎ

钢包底吹氩搅拌混合行为的物理模拟研究

参考文献
蒋国昌．纯净钢与二次精炼［．海：海科学技Ｍ］上上
术出版社，９６１９
混匀效果的影响很大。总体上看，心喷吹的混匀偏时间较短，果要好于中心喷吹。实验条件下，效该钢包以单点偏心喷吹效果最好。（）渣（３顶精炼炉上部的熔渣）混匀的时间对有一定的影响，熔渣层越厚对钢包混匀时间将会越
Ｊ１０２ｕ．２１
钢包底吹氩搅拌混合行为的物理模拟研究
史向英
（马钢股份有限公司术中技心安徽马鞍山２３ｏ）４ｏｏ
摘要：通过物理研究了底吹氩搅拌工艺，模拟钢包测定了混匀时间、液面隆起高度和无渣ｌ直径三个工艺ｇ．参数，分析了
的影响。
式中，ｒ为修正的弗鲁德准数；Ｆ “为流速；ｇ为重力
加速度。和为液体和气体的密度。吹气孔直径Ｄ与气体体积流量之间的关系式为：
＝
４Ｖ
（）２
１实验的方法与装置
１１实验模型及相关参数．
代人式（）１得
实验中的模型是按钢包实际尺寸１６的比例：
（（（（（害）））３）
因气体压力和流量的计量表都是在标准状态下标定的，因此可根据气态方程对气体压力、度密来进行修正，即
ＰＴ＂ｏ
＝
制作，部分参数见表１。
表１原型和水模型的主要参数

钢包钢包底吹氩实验方案

钢包钢包底吹氩实验方案1吹氩精炼的影响因素氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间等因素有关。

1.1吹氩量搅拌气体进入熔池时，首先在喷嘴上形成气泡。

在气流动能的推动下到液相中，分散成无数的小气泡而上浮，同时在高温钢水中气体被加热而膨胀，从而产生了强烈的搅拌作用。

随着吹气量的增加，搅拌强度增大，而吹气量的增加是有一个I临界值的，如果吹气量超过某一临界值，吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓的贯穿流，容易引起钢水发生喷溅，造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液内部。

造成对钢液的污染。

另外当吹氩量偏低时，就限制了氩气的精炼作用，从而使氨气的脱氧、去气和保护钢水的作用都得不到充分发挥。

吹入气量是与吹气压力、吹气喷嘴结构等因素有关，可由试验决定。

在生产中通常根据不冲破钢包渣层裸鼹钢水为原则来确定吹气量和压力。

1.2氩气压力氩气的压力大，搅动力也大，气泡上升速度快，但压力过大时，氩气流涉及范围越来越少，氩气泡与钢液的接触面减小，而且如压力过大时，气体会迅速地冲出钢液，要冲破钢液上覆盖的渣层，使钢液受到大气的氧化，对精炼效果反而不利。

为此要求吹入的氩气压力不要太大，一般以能克服钢液的静压力，刚好能在透气砖表面上形成气泡为合适。

如钢液深，刚所需的氢气压力大，反之，所需氩气压力小。

理想状态是使氩气流遍布全钢包，增加接触面积和延长氩气流上升的流程和时间。

1.3吹氩时间目前，普遍认为吹氩时问不宣太长，否则钢液温度下降太多，且由于耐材受冲刷而使非金属夹杂物出现率增加，但吹氩时间不足，气体及非金属夹杂物不能很好地去除，吹氩效果不明显。

所以必须根据现场实际生产情况，以及要达到的精炼效果，从而确定合适的吹氩时间。

2实验原理物理模拟的理论基础是相似原理。

应用相似原理建立模型和进行实验时，必须保证两系统几何相似、物理相似。

对于钢包底吹氩系统来说，引起体系内流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力，因此保证模型与原型的修正弗鲁德准数相等，就能基本上保证它们的动力相似，根据这一原则，选用修正的Fr’,就可以确定模型中吹气量的范围。

钢包底吹氩模拟研究进展

钢包底吹氩模拟研究进展摘要本文介绍了，钢包底吹氩的原理、钢包底吹氩存在的问题及影响因素以及提高低吹成功率的改进措施。

并且简略介绍了两种水模方法：⑴.钢包底吹氩水模实验研究，其结论为：示踪剂偏向中心位置加入，混匀时间较短；对于同样的底部送气量，两块透气砖对称分布在同一直径上时，混匀时间较短；混匀时间随气体流量的增大而减少；⑵.钢包底吹氩性能优化水模型实验。

关键词钢包底吹氩水模混匀时间Progress of Simulation Studies of Argon Blowing from Bottom of LadleAbstract This paper introduces the principle of Argon Blowing from Bottom of Ladle,the existing questions of Argon Blowing from Bottom of Ladle and factors of influences.It also contains the improved measures to increase the success rates.And it introduces two kinds of water mould briefly: ⑴.The research of the experimental water mould,the conclusion is that tracer is turned to the center position.The time of blending is much shorter.To the same as the number of gases of blowing from bottom.The tworent bricks are distributed into the same diameter symmetrically.The time of blending is much shorter; With the number of blowing gases increasing,the time of blending id reducing.⑵.The experimented water mould of performance optimization of argon blowing from bottom of ladle.Key words ladle,argon blowing from bottom,water mould,time of blending钢包吹氩是目前国内外采用最广泛的一种炉外精炼方法，目前我国的转炉配连铸的车间，一般都配有钢包吹氩设施。

底吹氩钢包表面流速与液面波动的物理模拟

线性关系。关键词：吹氩制度；表面流速；液面波动；物理模拟中图分类号：ＴＦ７６９．２文献标志码：Ａ文章编号：１００２ — １６３９（２０１３）０５．００４５ — ０４
ＰｈｙｓｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎｇｏｎＳｕｒｆａｃｅＦｌｏｗＶｅｌｏｃｉｔｙａｎｄＬｅｖｅｌＦｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＬａｄｌｅｗｉｔｈＢｏｔｔｏｍＡｒｇｏｎＢｌｏｗｉｎｇ
底吹氩钢包表面流速与液面波动的物理模拟
孙丽媛，李京社，张韧或，黄婷，王林珠
（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３）
摘要：针对国内某厂１５０ｔ双孔底吹氩钢包，根据相似原理建立几何比例为１：３的水力学模型，进行钢包表面流速及液面波动行为的模拟研究，得出了不同吹氩流量下，不同吹氩位置的钢包表面流速，平均及瞬时波高的变化规律。结果表明：原型钢包内，两吹气流股造成整个液面的波动情况不均匀，靠近包壁－－Ｎ扰动更剧烈，更容易形成卷渣，钢水临界韦伯数为６．０３９，相应表面流速为０．４２０ｍ・ｓ～，液面平均波高达到最大值为０．３０３ｃｍ。方案１／３Ｒ＋０．６４Ｒ一１８０。和０．５Ｒ＋０．５Ｒ－１３５。下，开始发生卷渣的钢水临界韦伯数分别为４．６４６和７．４８４，相应表面流速为０．３６８ｍ・ｓ－１和０．４６８ｍ－ｓ＿。。钢液表面流速随着吹气量的增加呈上升趋势，但并不是

钢包底吹氩过程数学物理模拟研究

有效直径 ,m ;
Fr′m = Fr′f
(3)
式中 , Fr′m 为模型 ; Fr′f 为实物 ,模型与实
作者简介 :幸伟 (1979 - ) ,男 (汉族) ,湖北孝感人 ,湖北省钢铁冶金重点实验室 (武汉科技大学) ,硕士。
·3 4 ·
炼钢
第 21 卷
物比例取 1∶4 。
由式 (1) 、(2) 、(3) 可得下式 :
1 物理模型实验
1 . 1 实验原理
根据相似理论 ,除保证模型与原型几何相似
外 ,对于钢包底吹氩系统来说 ,引起体系内流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力 ,因此保证模型与原形的修正弗鲁德准数相等 ,就能保证它们的动力相似 ,根据这一原则 ,可以确定模型中吹气量的范围[2 ] 。
Fr′=ρlρ·g g··v2 H
钢包底吹氩搅拌技术是一种经济适用且简单易行的精炼方法 ,能有效的均匀钢水温度和成分 , 去除有害气体和夹杂物 ,改善钢液质量而得到广泛的应用。
在应用钢包底吹氩技术进行精炼时 , 要涉及到钢包底部喷嘴位置、喷嘴数目以及喷吹流量的选取和设定。但在实际生产操作中 , 往往存在因供气量过小使搅拌不理想 , 供气量过大而造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液内部 , 造成对钢液的污染 ; 喷嘴位置不佳 , 钢液成分和温度不均匀等问题。文中对国内某钢厂 130 t 钢包精炼的现有技术条件进行了水力模型实验和数学模型计算 , 针对现场实际情况 , 确定合理的底吹氩制度[1 ] 。
Qm = 0 . 014 Qf
(4)
式中 , Qm 为模型气体体积流量 , m3 / h ; Qf 为
实物气体体积流量 ,m3 / h 。
1 . 2 实验方法

300t钢包顶底复合吹氩预脱硫工艺的物理模拟

ｒｓｈｈｏ — ｏｔｍｏｉｅｒｏｌｗｎｓａｌｔｎｆｒｔｅ３０ｔａｌＳｅｔｂｉｅｅｌｅｔｅｌｕｄｐｅｓａｇｎｅｕｓｔｅｔｐｂｔｏｃｍｂｎｄａｇｎｂｏｉｇｉｔｌｉｏｈ０ｄｅｉｓａｌｈｄｔｒａｉｈｉｉｒ —ｌｇｉｇｎａｏｌｓｏｚｑ
ｄｓｌｒａｉｎｈｉｕｄａｅａｅｄｓｌｒｚｔｎｒｔＳ２．９，ａｔｒｒｆｉｇｔｅａｅａｅｅｄ『ｅｕｆｉｔ，ｔｅｌｉｖｒｇｅｕｆｉａｉａｉｉ２２％ｕｚｏｑｕｏｏｆｅｎｎｖｒｇｎＳ］ｉ００４％ａｄｔｅｅｉｈＳ．０ｎｈ
第３２卷第６期
２１年１０１２月
特殊钢
ＳＥＣＡＬＳＥＰＩＴＥＬ
Ｖｏ．Ｎｏ６１３２．
Ｄｅｅｅ２１・ｌ・ｃｍｂｒ０１
・
试验研究・
３０ｔ包顶底复合吹氩预脱硫工艺的物理模拟０钢
朱伦才焦兴利
ＺｕＬｎａｎｉｏＸｎｌｈｕｃｉｄＪａｉｇｉａ（ｏｔｌａｉｇａｄＲｌｎｅｅａＰａｔＭａｎｈｎＩｎａｄＳｅｌｏＬｄＭａｎｈｎ２３０）Ｎ４ＳｅｍｋｎｎｏｉｇＧｎｒｌｎ， ’ ｓａｒｎｔｔ， ’ ｓａ４００ｅｌｌａｏｅＣａ
（ｅ＋ＭｎＦＯＯ）ｄｃｅｓｓｔ．８．ｅｒａｅｏ３４％
ＭａｅｉｌＩｄｘ３０ｔａｌｏｎｔｍｏｉｅｇｎＢｏｉｇ，ＰｅＳａｇｎｓｌｒａｉｎ，Ｗａｅｄｌｔｒａｎｅ０ｄｅＴｐａｄＢｏｔＣｍｂｎｄＡｒｏｌｗｎＬｏｒ — ｌｇｉｇＤｅｕｆｉｔｕｚｏｔｒＭｏｅ

100t钢包底吹氩数值的模拟研究

１ｔ包底吹氩数值的模拟研究钢００
沈巧珍，望环，吴阳方，云广迟
（汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，北武汉，３０１武湖４０８）
摘要：某钢厂］０ｔ包为研究对象，用商业软件Ｐ以０钢利Ｈ０ＥＣＮＩＳ对该钢包内的流场进行数值模拟计算，研
源项，Ｇ一（ｕ／ｘ）（ｕ／ｘ）（ｕ／ｘ）；Ｏ３（Ｏ３＋Ｏａ）
、
果和包壁冲刷的影响，以期为现场生产工艺的优
化提供理论依据。
分别为经验常数。］
１数学模型描述
１１控制方程．
量是总吹气量的１２／。计算时，角选取了８方夹
式，如表１所示。
蠹ｆ＼ｚ］ＦＡＵ＋３Ｕｊｚ）Ｕ３十ｌ，
收稿日期：０００ — ５２１ — ７０
作者简介：巧珍（９４）女，汉科技大学教授． — ｉ４９０２１ｑｃｒ沈１５一，武Ｅｍａｌ６６５０＠ｑ．ｏ：ｎ
的数据，用单透气元件喷吹时，择６／采选０ｍ。ｈ
（）１连续性方程为
一
ｄＸｉ
０
（）１
（）量方程为２动
的总吹气量；用双透气元件喷吹时，择３、采选Ｏ

150t钢包底吹氩卷渣行为的物理模拟

ｔｒａｐｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｓｌａｇｅｎｔｒａｐｍｅｎｔｂｌｏｗｉｎｇｇａｓｒａｔｅｆｏｒｐｒｏｔｏｔｙｐｅｌａｄｌｅａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｌａｄｌｅｗｉｔｈｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｒｅａｌａｒｇｏｎｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｅ２６０—６００Ｌ／ｍｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｒｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｃｈｅｍｅ．ｔｗｏｇａｓｐｅｒｍｅａｂｌｅｂｒｉｃｋｓｄｉｓ．
究结果表明，原型方案下两透气砖分别位于距钢包中心０．６４Ｒ和０．７６Ｒ处，两孑Ｌ成９０。（０．６４Ｒ＋０．７６Ｒ，９０。），临
界卷渣气量为５５０Ｌ／ｍｉｎ；对于两个优化方案，双孔分别位于１／３Ｒ和０．６４Ｒ，两孔成１８０。（１／３Ｒ＋０．４６Ｒ，１８０。）以及双孔位于０．５Ｒ圆周上，两孔成１３５。（０．５Ｒ＋０．５Ｒ，１３５。），临界卷渣气量分别为５５０Ｌ／ｍｉｎ与６００Ｌ／ｍｉｎ。关键词１５０ｔ钢包底吹氩水模拟卷渣裸露面积
第３４卷第５期

1001钢包底吹氩工艺优化的物理模拟

第３５卷第１期２０１４年２月
特殊钢
ＳＰＥＣＩＡＬＳＴＥＥＬ
Ｖ０１．３５．Ｎｏ２０１４
・１１・
１００ｔ钢包底吹氩工艺优化的物理模拟
田恩华李东侠崔衡闰永其吴华杰
ａｎｇｌｅ１８０。；ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｂｏｔｔｏｍｂｌｏｗｉｎｇｇａｓｒａｔｅｉｓ０．３７ｍ／ｈ（ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｏｔｏｔｙｐｅ１８．０ｍ／ｈ），ｔｈｅｓｏｆｔｂｌｏｗｉｎｇｒａｔｅｓｈｏｕｌｄｂｅｌｅｓｓｔｈａｎ０．１２ｍ／ｈ（ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｌｅｓｓｔｈａｎ６．０ｍ／ｈ）ａｎｄｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｅｄｓｏｔｆｂｌｏｗｉｎｇｇａｓｒａｔｅｉｓｎｏｍｏｒｅｔｈａｎ０．４０ｍ／ｈｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅｎｏｍｏｒｅｔｈｎａ２．０ｍ／ｈ）．
ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｇａｓｐｅｒｍｅａｂｌｅｂｉｒｃｋｉｓｂｏｔｔｏｍｎｏｚｚｌｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｌａｄｌｅｂｏｔｔｏｍｃｅｎｔｅｒ０．６３Ｒｗｉｔｈ

板坯连铸结晶器内钢液吹氩过程数学物理模拟

为了进一步控制铸坯卷渣的问题，我们提出了一些应对策略。首先，可以通过优化结晶器吹氩的工艺参数，如氩气流量、吹氩时间和吹氩方式等，实现更有效的搅拌和夹杂物排除。其次，针对设备方面，可以改进结晶器的设计，提高结晶器的有效容积和深度，以增加钢水的容纳量和搅拌效果。最后，加强过程监控也是控制铸坯卷渣的重要手段。
3、研究方法
本次演示的研究方法主要包括实验设计和数学模拟两部分。实验设计包括： 1）设计不同电磁搅拌参数下的圆坯连铸实验方案；2）制备不同材质和尺寸的圆坯试样；3）使用高速摄像机和温度测量系统对圆坯连铸过程进行实时记录和数据采集；4）通过对实验数据的处理和分析，探索电磁搅拌参数对圆坯质量的影响规律。
在板坯连铸过程中，结晶器吹氩的目的是通过氩气的搅拌作用，使结晶器内的钢水产生流动，从而增加凝固过程的传热效率，提高铸坯的质量和生产效率。然而，结晶器吹氩也会对铸坯卷渣产生影响。卷渣主要是指在浇注过程中，由于保护不足或工艺不当，导致非金属夹杂物或氧化物被卷入铸坯中。这些夹杂物或氧化物会对铸坯的质量产生严重影响，降低产品的机械性能。
感谢观看
5、结论与展望
本次演示通过对圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程的数学模拟和实验研究，揭示了电磁搅拌对圆坯连铸过程的影响规律。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如实验样本数量较少，未涵盖所有可能的影响因素。未来研究可进一步拓展实验范围，考虑更多影响因素的作用，如钢种、浇注温度、保护渣性能等。
可以采用更先进的数值模拟方法，如耦合传热、流动和凝固过程的有限元法，以获得更精确的模拟结果。此外，针对工业应用的实际需求，未来研究应如何将优化后的电磁搅拌技术应用于实际生产过程，为提高圆坯连铸生产效率和产品质量提供有效的技术支持。
总之，板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣具有重要影响。通过深入了解其影响机理和采取有效的应对策略，可以显著提高铸坯的质量和生产效率。本次演示的研究成果和发现为实际生产提供了有益的参考，有助于推动板坯连铸技术的发展。

16 钙处理条件下钢包底吹氩工艺的模拟与优化

混时间的影响。见图 5 。
2007 年第 3 期
图 5 底吹气量对钢液均混时间的影响 ( 示踪剂加入位置为点 14)
图 3 示踪剂加入位置对钢液均混时间的影响 ( 示踪剂加入深度为 0. 7H)
图 4 示踪剂加入深度对钢液均混时间的影响 ( 示踪剂加入位置为点 14)
从图 4 可以看出 ,随着示踪剂加入深度的增加 , 钢液均混时间先减小而后逐渐增大 ,当加入深度为 0. 6 H ～0. 8 H 时 ,钢液均混时间最短。因此 ,在本试验条件下 ,钙处理时选定喂丝深度为 0. 6 H ～0. 8 H 。 2. 3 底吹气量对钢液均混时间的影响
第一作者 :宁国山 ,男 ,33 岁 ,工程师。收稿日期 :2007 - 01 - 18
最佳底吹工艺参数。
1 物理模型的建立
1. 1 物理模型的建立
以国内某钢铁公司 150t 钢包为原型 ,根据相似
原理 ,建立了钙处理条件下钢包底吹氩工艺的物理模
型 ,试验中模型与原型的几何相似比为 1∶4 ,为保证
本试验采用均混时间来判定钢液的搅拌能力 ,均混时间越短 ,钢液的搅拌能力越强。均混时间可以通过测定示踪剂电导率的方法来确定。具体方法如下 : 把电导电极固定在水中测点 ,调节流量计使数值稳定 ,在设定位置注入 200mL 示踪剂 ( 示踪剂为饱和 NaCl 溶液) ,同时启动电导率仪和计算机程序 ,计算机开始采集测点的电导率值 ,直至电导率值衡定为止 ,把试验开始至电导率平衡所需时间记为均混时间。每组试验重复测量三次以确保试验准确性。
0 前言钙处理是一种简单易行的钢水炉外精炼技术。
它的作用主要包括脱氧脱硫、降低夹杂物的数量、改变夹杂物的形态、防止水口堵塞等。在实际的生产操作中 ,往往由于钢包钙处理与底吹氩工艺不匹配 ,影响钙处理的效果。本试验针对钢包钙处理工艺 ,通过相似原理建立了物理模型 ,研究喂丝位置、深度及底吹气量对钢液均混时间的影响 ,确定了钢包钙处理的

底吹氩钢包内三维流场的数值模拟

双透气元件喷吹的喷吹半径需要进一步优化。在提高吹气量缩短钢液混匀时间的同时, 又不使其对包壁造成明显的冲刷, 用液面湍动能分布进行分析来比较两种喷吹半径对包壁的冲刷情况。当吹气量较大 ( Q = 1. 7 m 3 / h) 时 , 0. 6R 0. 7R 和喷吹的表面湍动能分布如图 5 所示。由
Fig.2 Basic characteristics of the f low field of single nozzel
126
武汉
科
技
大
学
学
报
2010 年第 2 期
侧形成沿气泡柱表面上升而沿包壁下降的、范围较小而流速较快的循环流动区 ( 简称小循环区 ) 。气泡柱靠钢包中心一侧发展为向钢包中心回流的范围较大但速度较慢的循环流动区 ( 简称大循环区) 。随着喷吹半径的增大, 两相区向近喷嘴的包壁一侧倾斜。在大循环区 , 流体流动方向随着喷嘴向包壁靠近, 喷吹半径的增大而逐渐由纵向旋回运动向横向旋回运动转变。这一转变导致包内液体的循环回路变长 , 速度梯度减小, 但切向速度明显增加 , 对熔池内的混合过程有很大的增强作用, 从而使钢液混匀时间缩短。 3. 3 双喷嘴对称喷吹流场的分析图 3 为双喷嘴对称喷吹流场的基本特征。由图 3 可看出, 采用双喷嘴对称喷吹时, 熔池内流场的流动状态有了明显的改善, 熔池内的死区明显减少 , 对称分布的喷嘴使得钢液混合更加均匀 , 混
( a) 气体流场特征
( b) 液体流场特征图 1 钢包底吹氩流场的基本特征
Fig.1 Basic characteristics of the f low field of LF argon blowing
( a) 0. 5 R 图2

钢包钢包底吹氩实验方案及对策

钢包钢包底吹氩实验案1吹氩精炼的影响因素氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间等因素有关。

1.1吹氩量搅拌气体进入熔池时，首先在喷嘴上形成气泡。

在气流动能的推动下到液相中，分散成无数的小气泡而上浮，同时在高温钢水中气体被加热而膨胀，从而产生了强烈的搅拌作用。

随着吹气量的增加，搅拌强度增大，而吹气量的增加是有一个I临界值的，如果吹气量超过某一临界值，吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓的贯穿流，容易引起钢水发生喷溅，造成钢液外表覆盖的渣卷入钢液部。

造成对钢液的污染。

另外当吹氩量偏低时，就限制了氩气的精炼作用，从而使氨气的脱氧、去气和保护钢水的作用都得不到充分发挥。

吹入气量是与吹气压力、吹气喷嘴构造等因素有关，可由试验决定。

在生产常根据不冲破钢包渣层裸鼹钢水为原那么来确定吹气量和压力。

1.2氩气压力氩气的压力大，搅动力也大，气泡上升速度快，但压力过大时，氩气流涉及围越来越少，氩气泡与钢液的接触面减小，而且如压力过大时，气体会迅速地冲出钢液，要冲破钢液上覆盖的渣层，使钢液受到大气的氧化，对精炼效果反而不利。

为此要求吹入的氩气压力不要太大，一般以能克制钢液的静压力，刚好能在透气砖外表上形成气泡为适宜。

如钢液深，刚所需的氢气压力大，反之，所需氩气压力小。

理想状态是使氩气流遍布全钢包，增加接触面积和延长氩气流上升的流程和时间。

1.3吹氩时间目前，普遍认为吹氩时问不宣太长，否那么钢液温度下降太多，且由于耐材受冲刷而使非金属夹杂物出现率增加，但吹氩时间缺乏，气体及非金属夹杂物不能很好地去除，吹氩效果不明显。

所以必须根据现场实际生产情况，以及要到达的精炼效果，从而确定适宜的吹氩时间。

2实验原理物理模拟的理论根底是相似原理。

应用相似原理建立模型和进展实验时，必须保证两系统几相似、物理相似。

对于钢包底吹氩系统来说，引起体系流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力，因此保证模型与原型的修正弗德准数相等，就能根本上保证它们的动力相似，根据这一原那么，选用修正的Fr’,就可以确定模型中吹气量的围。

兴澄特钢钢包底吹氩工艺的物理模拟

第６期
总第１６期９
１２月
冶金丛刊
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＳ
Ｓｕｍ．９１６
ＮＯ６．
２０１１年
Ｄｅｅｅｍｂｅ２０１ｒ１
兴澄特钢钢包底吹氩工艺的物理模拟
４８．．８Ｓ
Ｋｅｏｄｓｔｅｐｓｔｎｏｒｏｌｗｉｇ；ｗａｅｉｌｔｏｙｗｒｈｏｉｉｆａｇｎｂｏｎｏｔｒｓｍｕａｉｎ；ｍｉｉｇｔｅｘｎｉｍ
ＬＦ精炼炉具有脱气、温、均调的氩气搅拌是ＬＦ
中图分类号：Ｆ６Ｔ７９文献标识码：Ａ文章编号：６１— ８８２１）６— ０１０１７３１（０１０００ — ４
ＰＨＹＳＩＣＡＬＩＵＬＡＴＩＳＭｏＮＦＢｏＴＴｏＭｏＡＲＧｏＮＢＬｏＷＩＮＧＰＲｏＣＥＳＳＩＸＩＮＮＧＣＨＥＮＧＰＥＣＩＳＡＬＴＥＥＬＳ
［ｍｄ） ‘ ｍＨ
］Ｑ ÷
（）１
物理水模拟实验研究不同吹气方式下包内液体的混匀时间，出合理的底吹透气砖布置方式及适合的提
吹气流量，以促进现场生产顺利进行。式中Ｐ，ｚＰ—— 气体和溶液的密度，ｇｍ；ｋ／
ｗｎｓｉｒｖｄａｄｔｅｏｔｌｒｊｃａｈｔｂｔｍｏｚｅｐｓｔｎｒｔｈａｉｓｏ／ｎｉｇｗａｍｐｏｅｎｈｐｉｏｅｔｗｓｔａｏｔｎｚｌｏｉｏｓｗｅｅａｅｒｄｕｆ３ａｄｍａｐｏｉｔ１

70吨钢包双开孔底吹氩过程数值模拟研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ７０ｔｌａｄｌｅｉｎａｓｔｅｅｌｍｉｌｌｓｉｎｇｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｓｏｆｔ— －ｗａｒｅＦＬＵＥＮ・－Ｔａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｍｉｘｉｎｇｅｆｆｅｃｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｂｏｔｔｏｍｂｌｏｗｉｎｇｒｅｉ— ｆ
通过建立物理模型进行水模拟实验，进一步验证设定模型的可靠性；最后依托企业现有的设备及工艺进
行优化改造。
１钢包流场分析
钢包喷吹结构优化，需要研究设备在吹氩过程中钢液的流动行为。采用商用ＣＦＤ软件（ＦＬＵＥＮＴ）对钢包内流场进行模拟，通过对单孔、双孔１８０。夹角布置、双孔９０。夹角布置３种不同喷孔布置方式下钢包底吹氩过程进行数学模拟，提出最佳的底吹氩喷孔布置方式和适宜的底吹氩气量，以满足缩短精炼
Ｖｏ１．３１Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１３
７０吨钢包双开孔底吹氩过程数值模拟研究
李晓红，王宁峰，葸全文２
（１．青海大学化工学院，青海西宁８１００１６；２．西宁特殊钢股份有限公司，青海西宁８１０００５）

钢包吹氩时钢液循环流动过程数学模型研究

钢包吹氩时钢液循环流动过程数学模型研究钢包吹氩是钢液净化的一种常用方法，本研究旨在建立钢包吹氩过程中钢液循环流动的数学模型。

钢包吹氩时，氩气从钢包底部喷出，对钢液进行搅拌和冷却。

钢液经过搅拌后，会形成旋涡和漩涡，对整个钢包中的钢液产生强烈的涡动。

该涡动会带动钢液整体产生循环流动，从而实现钢液的混匀和净化。

本研究通过对钢包吹氩过程中钢液循环流动的分析，建立了一种基于流体力学理论的数学模型。

该模型考虑了钢液的物理性质、流体力学基本方程、流量方程和动量方程等因素，能够较为准确地描述钢液的循环流动。

通过该数学模型的分析，我们发现钢液的循环流动受到很多因素的影响，如氩气喷射速度、钢液密度、钢液表面张力等。

同时，我们可以通过调节氩气喷射速度、改变钢包设计等手段，来优化钢液的循环流动效果，从而提高钢液的混匀度和净化效率。

综上所述，本研究的数学模型对于理解和优化钢包吹氩过程中钢液的循环流动起到了重要的作用，有望为钢铁制造工业的发展提供一定的参考价值。

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有效直径 ,m ;
Fr′m = Fr′f
(3)
式中 , Fr′m 为模型 ; Fr′f 为实物 ,模型与实
作者简介 :幸伟 (1979 - ) ,男 (汉族) ,湖北孝感人 ,湖北省钢铁冶金重点实验室 (武汉科技大学) ,硕士。
·3 4 ·
炼钢
第 21 卷
物比例取 1∶4 。
由式 (1) 、(2) 、(3) 可得下式 :
( Hubei Iro nmaking and Steelmaking Key Laboratory ( Wuhan U niver sit y of Science and Technolo gy ,Wuhan 430081 , China)
Abstract : A water model for 130t ladle has been established and the mixing time of the molten steel in the ladle measured by conductivity method. The effects of different arrangement of permeable ele2 ments and different gas blowing rate on the mixing time of the molten steel in the process of ladle bottom argon blowing have been discussed. In the meanwhile the flow field inside the ladle is numer2 ically simulated and the changes of the flow field in the ladle in different conditions are investigated and the optimal bottom argon blowing positions and argon bubbling patterns determined. Key words : argo n blowing ; mixing time ; stirring ; numerical simulatio n
1 物理模型实验
1 . 1 实验原理
根据相似理论 ,除保证模型与原型几何相似
外 ,对于钢包底吹氩系统来说 ,引起体系内流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力 ,因此保证模型与原形的修正弗鲁德准数相等 ,就能保证它们的动力相似 ,根据这一原则 ,可以确定模型中吹气量的范围[2 ] 。
Fr′=ρlρ·g g··v2 H
Water Model and Numerical Simulation on Argon Blo wing from Bottom of Ladle XIN G Wei , S H EN Qiao2zhen , WAN G Xiao2ho ng , ZHU Bi2lian ,适用且简单易行的精炼方法 ,能有效的均匀钢水温度和成分 , 去除有害气体和夹杂物 ,改善钢液质量而得到广泛的应用。
在应用钢包底吹氩技术进行精炼时 , 要涉及到钢包底部喷嘴位置、喷嘴数目以及喷吹流量的选取和设定。但在实际生产操作中 , 往往存在因供气量过小使搅拌不理想 , 供气量过大而造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液内部 , 造成对钢液的污染 ; 喷嘴位置不佳 , 钢液成分和温度不均匀等问题。文中对国内某钢厂 130 t 钢包精炼的现有技术条件进行了水力模型实验和数学模型计算 , 针对现场实际情况 , 确定合理的底吹氩制度[1 ] 。
Qm = 0 . 014 Qf
(4)
式中 , Qm 为模型气体体积流量 , m3 / h ; Qf 为
实物气体体积流量 ,m3 / h 。
1 . 2 实验方法
通过优化吹气量以及喷嘴的布置 ,达到提高钢
包搅拌能的功效。但实验中 ,直接测量搅拌能较为
困难。据文献报道 ,混匀时间与搅拌能力的关系[3] :
2005 年 12 月第 21 卷第 6 期
炼钢 St eel ma ki n g
Dec. Vol. 21
2 0N0 5o . 6 · 33 ·
钢包底吹氩过程数学物理模拟研究
幸伟 ,沈巧珍 ,王晓红 ,朱必炼 ,罗春胜
(湖北省钢铁冶金重点实验室 (武汉科技大学) ,湖北武汉 430081)
(1)
式中 , Fr′为修正弗鲁德准数 ; v 为特征速度 ,
m/ s ; g 为重力加速度 ,m/ s2 ;ρg 、ρl 为气体和液体
的密度 ,kg/ m3 ; H 为熔池深度 ,m 。
特征速度 v 可由下式给出 :
v =π4 dQ2
(2)
式中 , Q 为气体流量 ,m3 / h ; d 为底吹透气砖
摘要 : 以 130 t 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。关键词 : 吹氩 ;混匀时间 ;搅拌 ;数值模拟中图分类号 : TF769 文献标识码 : A 文章编号 : 100221043 (2005) 062003324
ε- 0. 4 =τ/ 800
(5)
式中 ε, 为平均单位搅拌能 , W/ m3 ;τ为混均
时间 ,s 。
因此 ,可用混匀时间来判定钢液的搅拌能力 ,
混匀时间越短 ,钢液搅拌能力越强。实验中以水
模拟钢液 ,压缩空气模拟氩气 ,油模拟渣 ,用电导
法测量钢液的混匀时间。实验装置如图 1 。
待模型中流动稳定后 ,将定量的 KCl 溶液加至模型中。用电导率仪测量模型中水的电导率变化 , 并用函数记录仪记录其变化曲线 ,计算混匀时间 , 找出最佳的供气位置。