底吹氬鋼包內(nèi)所有的物理化學(xué)反應(yīng)均是在鋼液的流動(dòng)過(guò)程中完成,改善鋼包內(nèi)的流場(chǎng)對(duì)提高鋼液純凈度、去除夾雜物、均勻化學(xué)成分和溫度等有重要作用。本課題以實(shí)際煉鋼過(guò)程中的130 t鋼包的幾何參數(shù)為基礎(chǔ),運(yùn)用相似原理以1:5的比例建立的水模型為建模原型,運(yùn)用STAR-CCM+模擬軟件對(duì)水模型中的流場(chǎng)和混勻時(shí)間進(jìn)行分析。以往學(xué)者用水模型研究吹氣流量、噴嘴直徑等因素對(duì)混勻時(shí)間的影響時(shí),并沒(méi)有關(guān)注加入的示蹤劑對(duì)混合流場(chǎng)的影響。針對(duì)此情況,本次模擬分別運(yùn)用VOF模型和歐拉-歐拉模型研究了被動(dòng)標(biāo)量(沒(méi)有物理屬性的虛擬示蹤劑)、KCl溶液示蹤劑和純水示蹤劑(與水模型中液相同屬性)在水模型中的流場(chǎng)分布和混勻時(shí)間的影響,分析示蹤劑的密度和加入量對(duì)流場(chǎng)的影響,進(jìn)一步探討示蹤劑在水模型中的“蝴蝶效應(yīng)”機(jī)理。研究結(jié)果概括如下:1)在VOF模型中,密度大于水的示蹤劑(KCl溶液)沿水模型偏心側(cè)壁面向水模型底部的向下傳輸速度較快,由于偏心側(cè)底部“死區(qū)”的存在,KCl溶液在偏心側(cè)底部向遠(yuǎn)離偏心側(cè)的向上傳輸速度較慢,隨后上升到頂部混合的KCl溶液向下傳輸速度較快。2)在歐拉-歐拉多相流模型中,示蹤劑在水模型中的主循環(huán)的傳輸過(guò)程為:示蹤劑加入后運(yùn)動(dòng)至遠(yuǎn)離偏心側(cè)區(qū)域,隨后沿其壁面向下運(yùn)動(dòng)至底部,并在底部分別運(yùn)動(dòng)至氣柱附近和偏心側(cè)區(qū)域的底部,運(yùn)動(dòng)至氣柱附近的示蹤劑隨氣柱上升至上表面,而運(yùn)動(dòng)至偏心側(cè)底部的示蹤劑,沿偏心側(cè)壁面運(yùn)動(dòng)至偏心側(cè)上部1/3處的小循環(huán)流附近,在小循環(huán)流中循環(huán)流動(dòng)至氣柱附近,沿氣柱運(yùn)動(dòng)至上表面,在水模型中循環(huán)運(yùn)動(dòng),擴(kuò)散混合。3)示蹤劑在水模型中的“蝴蝶效應(yīng)”機(jī)理如下:當(dāng)KCl溶液示蹤劑的加入量由20 mL增加到100 mL時(shí),其在水模型中的傳輸速度較快,示蹤劑在水模型中較快達(dá)到混勻;但當(dāng)加入150 mL的KCl溶液示蹤劑時(shí),相對(duì)于加入的100 mL的KCl溶液示蹤劑,其混勻時(shí)間有所增加,這是由于偏心側(cè)底部“不活躍區(qū)”的存在影響了示蹤劑在水模型中的混勻過(guò)程。4)針對(duì)本研究的底吹鋼包水模型(底部直徑、頂部直徑、液面高度分別為0.538 m、0.585 m、0.6 m),既能監(jiān)測(cè)示蹤劑在水模型中的傳輸過(guò)程,又不干擾流場(chǎng)的合理的示蹤劑加入數(shù)量為20 mL的飽和KCl溶液,其示蹤劑與水的體積比為0.134×10~(-3)。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TF341.6
【部分圖文】：

低鋼中雜質(zhì)元素和夾雜物水平的同時(shí)，提高的綠色生產(chǎn)。目前企業(yè)主要采用了高爐→鐵生產(chǎn)潔凈鋼。其中，鐵水預(yù)處理與鋼液二次精純凈鋼的生產(chǎn)成為可能[1]。精煉[2]，就是將去除雜質(zhì)（氣體、有害元素鋼爐（轉(zhuǎn)爐或電爐）中需要完成的精煉任務(wù)行[3]。LF 鋼包精煉爐（如圖 1-1 所示）是二鋼種，并且在生產(chǎn)中可視質(zhì)量控制的需要，比。LF 鋼包精煉爐精煉是在大氣壓力下用電料，在高溫下與鋼液中的氧反應(yīng)生成 CO，性氣氛。鋼包底部安裝了透氣磚，可以對(duì)鋼均勻，同時(shí)促進(jìn)鋼液中非金屬夾雜物的上浮鎢等有價(jià)值的合金元素有重要作用[4]。為了界學(xué)者對(duì)吹氬流量的大小、透氣磚的布置方

和作用內(nèi)外廣泛采用的一種經(jīng)濟(jì)適用且操作簡(jiǎn)單現(xiàn)性差等弊端，目前鋼包吹氬一般采用部一定位置的（耐火材料）透氣磚向鋼液的。底吹氬在鋼液精煉過(guò)程中所起的主要和溫度。鋼包底氬使鋼包中的鋼液形成液的攪拌強(qiáng)度、流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布，均雜物。底吹氬氣攪拌鋼液，增加了鋼中能夠吸收鋼中的氣體，促進(jìn)[H]和[N]的脫，并把其帶至鋼/渣界面被渣層吸收。應(yīng)。擴(kuò)大鋼渣和金屬反應(yīng)界面，加速反應(yīng)精煉粉劑噴入鋼液。如果氬氣流中攜帶細(xì)化晶粒等有重要作用。

圖 1-3 水力學(xué)物理模型示意圖[6]Fig.1-3 Diagram of hydraulic physical model理論吹氬精煉過(guò)程中，鋼液流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力為氣泡浮力而不是湍流粘性力論基礎(chǔ)建立水力學(xué)模型時(shí)，應(yīng)確保模型和原型系統(tǒng)的幾何相似、動(dòng)型與原型的修正佛魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)相等[7]：gHUFrlg 2 2U 4Q / d22 .4 60 Mg ： Fr 為修正的弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)；U 為氣體的特征速度；g 、l 分別表；g 為重力加速度；H 為熔池高度；Q 為吹氣量；d 為透氣磚直徑；

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7 李

本文編號(hào)：2818106