RH精炼过程循环流场模拟研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)本溪钢铁集团公司炼钢厂 作者:陈立峰

  RH真空循环是以真空室钢液与钢包钢液循环流动来实现,由于RH 循环流量不足和生产工艺不完善等问题,这些问题制约了RH 的效率提高。应用N-S 方程和双方程模型对RH 炉外精炼真空室钢液和钢包内钢液进行数值模拟,ANSYS 模拟分析循环流量及气体流量和RH 混均情况。基于180 t RH 的参数分析钢液流动的三维数学模型模拟,并且分析影响循环流量的因素。掌握RH 流动规律为工程技术改进提供参考。

  RH 真空循环脱气法由RuhrstahlHuttenwerkeAG 公司和Heraeus AG 公司共同研发。RH 技术的进步也驱动着高级别钢材的迅猛发展。在RH炉外精炼过程中钢液循环流动的效率直接影响真空精炼生产能力及产品质量。所以真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为专业技术人员对RH 循环流场流动做了大量的技术攻关,为RH 炉外精炼技术的发展奠定的扎实基础。但是研究方法大多以冷态水模实验并且循环流场进行粗线条描述,很难把握RH 炉外精炼钢液循环流动的整体循环流动。

  本文是通过模拟以某厂180tRH 精炼设备为研究对象。应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法,以商业软件ANSYS 通过ICDM 进行网格划分后,通过FLUENT 软件模拟循环流场。应用CFD 软件计算流体流动问题,本文将讨论RH 循环流量及循环流场的影响,通过数值模拟方法分析影响RH 流动情况与操作参数的关系,为更好的提高效率优化工艺参数起到重要作用。

  1、数学模型的建立

  (1)真空室内钢液为自由液面,各处壁面无滑移。

  (2)流动过程为等温及泡状流动,真空室液面高度恒定不变。

  (3)气泡上浮的浮力是驱动钢液循环流动的主要驱动力,应用VOF 模型。

  2、结论

  (1)本文建立RH 精炼循环流动模型,可以模拟RH 循环流动气- 液两相流动行为,为预报RH 循环流动效果奠定基础。

  (2)模拟结果显示RH 循环流动在钢包内没有死区分布,但是在钢包液面处及吸嘴壁外区域循环流动为弱势区。

  (3)上升管吸嘴处吹入氩气流量逐渐减小存在“穿不透”现象,氩气不能吹到上升管中心处位置,但氩气泡受热膨胀产生的浮力才是最主要循环的源动力

  (4)模拟分析RH 不同吹氩流量时真空室顶部与钢包底部区域流场结果显示,吹入氩气流量增大,混均效果越加显著及一次循环时间越少,钢液流体动力越为剧烈。

  (5)通过数值模拟分析RH 循环情况在真空度为134Pa,100Pa 和67Pa 时,RH 真空室中心处速度逐渐增强,循环流动动能增加,循环效率提高。

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