LF炉钢包流场优化模拟研究

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炉外精炼作为生产洁净钢的重要环节之一,近年来受到普遍重视。目前,炉外精炼研究方法,主要是数学模拟和物理模拟。本文结合国内某钢厂150t椭圆形精炼钢包的实际情况,利用水模型和数学模型模拟,系统研究了LF底吹氩过程中钢液的流动行为,确定了底吹氩钢包的最佳喷嘴位置和适宜的喷吹量,优化了钢液流动状态,从而为连铸生产的顺利进行提供技术上的支持。本文首先基于相似原理,通过水模实验,考察了供气量和供气位置对流场、混匀时间以及卷渣的影响。在此基础上,数学模拟采用Fluent商业软件进行数值计算,采用修正后的Navier-Stokes方程和κ-ε双方程建立数学模型,应用三维数值模拟研究了LF吹氩过程中钢液的流动行为,与水模实验相互验证,最终确定了钢包的最优配置。实验结果表明:(1)底吹氩流场满足全浮力模型。单孔喷吹的最佳位置是包底长轴0.6R处,双孔喷吹的最优化喷嘴位置在包底径向0.6R处,夹角120°。双孔喷吹与单孔相比较而言,搅拌速度较为均匀,混匀时间较短。考虑到生产的实际情况,认为原喷嘴即0.56R处单孔喷吹布置比较合适;(2)单喷嘴吹氩最佳吹气量为25m3·h-1,双喷嘴最佳吹氩气量为30m3·h-1在该吹气量下,熔池搅拌效果较好,弱流区所占比率较少,混匀时间较短;(3)随底吹气量的增加,卷渣现象加剧,临界卷渣气量为30m3·h-1;(4)随着顶渣层厚度的增大,软吹气体流量需随之增大。软吹临界气体流量应控制在4m3·h-1以下为宜;(5)数学模拟与水模拟实验结果基本一致。
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