RH真空精煉過(guò)程流體流動(dòng)和夾雜物行為的數(shù)值模擬.pdf

1、RH（Rheinsahl–Heraeus）真空設(shè)備是鋼水爐外處理中最重要的精煉手段之一，具有脫碳、脫氫、脫氮、脫氧和去除非金屬夾雜物等作用，這些精煉功能的實(shí)現(xiàn)與RH內(nèi)流體的流動(dòng)行為密切相關(guān)。受高溫限制，數(shù)值模擬成為研究RH精煉過(guò)程一種重要的方法和手段。本文運(yùn)用數(shù)值模擬的方法研究了RH精煉過(guò)程的流體流動(dòng)和夾雜物行為。首先，基于Eulerian模型，并考慮氬氣泡膨脹影響，建立了描述RH內(nèi)氬氣-鋼液兩相流的數(shù)學(xué)模型，研究分析了相間曳力、湍流耗

2、散力等對(duì)RH裝置內(nèi)氣-液兩相流動(dòng)合理預(yù)測(cè)的影響。同時(shí)，考慮鋼包和真空室頂部氣相以及鋼包頂渣的存在，建立了描述RH內(nèi)空氣-氬氣-鋼液-渣流動(dòng)的DPM–VOF（Discrete Phase Model?Volume of Fluid）耦合模型，探討了將空氣-氬氣-鋼液-渣簡(jiǎn)化為氬氣-鋼液兩相流的合理性。隨后，以CFD-PBM（Computational Fluid Dynamics?Population Balance Model）耦合模型

3、為基礎(chǔ)，建立了描述 RH內(nèi)氬氣-鋼液-夾雜物三相流的數(shù)學(xué)模型，采用非均勻多尺度群組法對(duì)鋼液中夾雜物行為進(jìn)行定量描述，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，對(duì)常用的均勻多尺度群組法在夾雜物行為模擬中的適用性進(jìn)行了探討。最后，基于上述建立的模型，考查了鋼包底吹對(duì)復(fù)吹RH內(nèi)流體流動(dòng)和夾雜物行為的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①氣泡膨脹對(duì)RH內(nèi)流體流動(dòng)的影響非常明顯。如果不考慮膨脹，計(jì)算得到的鋼液循環(huán)流量只有實(shí)際測(cè)量值的50％左右；除了曳

4、力，湍流耗散力對(duì)RH內(nèi)氣-液兩相流流動(dòng)也起著重要作用，該力是合理預(yù)測(cè)氣液兩相結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。②將空氣-氬氣-鋼液-渣簡(jiǎn)化為氬氣-鋼液兩相流會(huì)在一定程度上改變RH內(nèi)鋼液的流動(dòng)模式，使鋼渣界面附近鋼液的混勻時(shí)間縮短，但對(duì)鋼液的循環(huán)流量幾乎沒(méi)有影響。③非均勻多尺度群法能夠較好地預(yù)測(cè)RH精煉過(guò)程夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、數(shù)量密度和尺寸分布的演變；由于不同尺寸的夾雜物會(huì)因?yàn)椴煌膭?dòng)量場(chǎng)而發(fā)生分離，常用的均勻多尺度群法并不適用于模擬鋼液中的夾雜物行為；Al2O3