钢包底吹氩过程数学物理模拟研究
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( 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
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 ] 。
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
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 。
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 。
来自百度文库 ·3 4 ·
炼 钢
第 21 卷
物比例取 1∶4 。
由式 (1) 、(2) 、(3) 可得下式 :
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
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] :
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 , L UO Chun2sheng
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
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
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 ] 。
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
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 。
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 。
来自百度文库 ·3 4 ·
炼 钢
第 21 卷
物比例取 1∶4 。
由式 (1) 、(2) 、(3) 可得下式 :
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
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] :
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 , L UO Chun2sheng
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