鋼包精煉過(guò)程異相傳輸現(xiàn)象的研究.pdf

1、鋼包精煉過(guò)程是由裝置內(nèi)的鋼液及異相成分的流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)以及相變等相關(guān)現(xiàn)象耦合而形成的。一旦反應(yīng)系確定后，大量的研究工作就是如何設(shè)定其中的流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)條件以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)或其他冶煉過(guò)程的完成。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱流體流動(dòng)過(guò)程起著重要的作用，特別是鋼包精煉過(guò)程，利用噴氣攪拌或電磁攪拌來(lái)驅(qū)動(dòng)鋼液做湍流運(yùn)動(dòng)以混均溫度和成分，去除夾雜物。 本文針對(duì)底吹鋼包內(nèi)鋼液及異相成分的流動(dòng)問(wèn)題，依據(jù)弗汝德相似準(zhǔn)則，建立底吹鋼包水模型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2、。利用激光測(cè)速儀測(cè)量了中心底吹和偏心底吹情況下鋼包內(nèi)典型斷面上的流速分布，分析了兩種工作狀態(tài)下鋼包內(nèi)的流場(chǎng)狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)偏心噴吹時(shí)，主截面流場(chǎng)由中心噴吹時(shí)的對(duì)稱雙旋流區(qū)改變成單個(gè)大旋流結(jié)構(gòu)。同時(shí)，本文發(fā)展了底吹鋼包內(nèi)加入合金后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)學(xué)模型。首先應(yīng)用邊界適體坐標(biāo)(BFC)技術(shù)計(jì)算底吹鋼包內(nèi)的三維流場(chǎng)，該計(jì)算克服了圓柱坐標(biāo)系必須在未知流場(chǎng)內(nèi)設(shè)置內(nèi)邊界的缺點(diǎn)，使流動(dòng)及運(yùn)動(dòng)的合金可順利跨越圓心軸。、計(jì)算了鐵錳合金顆粒在吹氬鋼包內(nèi)的熔化過(guò)程和運(yùn)

3、動(dòng)軌跡。結(jié)果表明，鐵錳合金顆粒的熔化時(shí)間長(zhǎng)于其在鋼液中的浸沒(méi)時(shí)間，影響顆粒運(yùn)動(dòng)行為的兩個(gè)顯著因素是合金的密度和直徑，合金密度與鋼液越接近、且顆粒直徑越大，越有助于增加顆粒在鋼液中的停留時(shí)間；但顆粒直徑的增大受熔化時(shí)間的限制。 本文還利用水模型實(shí)驗(yàn)研究了RH真空脫氣系統(tǒng)中氣液兩相循環(huán)流動(dòng)特征。利用可視化方法觀察了具有不同上升管結(jié)構(gòu)的RH真空脫氣裝置內(nèi)流體內(nèi)溶質(zhì)的傳輸特性。發(fā)現(xiàn)多管結(jié)構(gòu)的RH真空脫氣裝置內(nèi)溶質(zhì)傳輸能力大大優(yōu)于傳統(tǒng)的兩

4、管系統(tǒng)。同時(shí)也發(fā)展數(shù)學(xué)模型分析兩管和多管真空循環(huán)脫氣系統(tǒng)的循環(huán)流動(dòng)特征。采用空間變密度的均相流模型模擬上升管中的氣液兩相流動(dòng)。使用純液相和氣液兩相之間的密度差作為系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。上升管中的氣相體積分率是通過(guò)移植和修正噴氣攪拌鋼包含氣率模型獲得。利用空洞技術(shù)處理包括鋼包.真空室.上升管和下降管在內(nèi)的復(fù)雜幾何系統(tǒng)的流場(chǎng)計(jì)算。使用本模型對(duì)兩管和多管真空循環(huán)脫氣系統(tǒng)在噴氣量5～35l/min情況下執(zhí)行了數(shù)值模擬。計(jì)算的下降管出口處的速度

5、分布與文獻(xiàn)中的測(cè)量值很接近。分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)多管系統(tǒng)中的速度傾向均勻，即多管系統(tǒng)鋼包中的液流速度顯著高于兩管系統(tǒng)的情況，故多管系統(tǒng)動(dòng)量傳輸能力強(qiáng)于兩管系統(tǒng)。利用碳黑墨水染色法分析系統(tǒng)內(nèi)鋼包的混合能力。結(jié)果表明： 當(dāng)吹入相同的氣體量(Q=1.5m3/h)時(shí)，新裝置中的水模型中碳黑墨水的擴(kuò)散速度比傳統(tǒng)裝置中水的擴(kuò)散速度快約1/3。 傳統(tǒng)裝置有一個(gè)上升管，而新裝置中有三個(gè)上升管，當(dāng)傳統(tǒng)裝置和新裝置吹入相同的氣體流量時(shí)，傳統(tǒng)裝置