宝钢的300T钢包精炼炉精炼过程的数值模拟.doc

宝钢的300T钢包精炼炉精炼过程的数值模拟 摘要针对氩气单风口和双风口吹炼宝钢300T钢包精炼炉的方法，数字化模拟过程，用N-S方程和1 数字模型 1.1 假设条件 （1）钢水的内部流动是由于密度不同造成的。 （2）气相与液相之间的界面张力忽视不计。 （3）渣相表面的影响不计算。 1.2 钢液流动的数学模型 用于模拟钢包底吹氩的主要方程包括动量方程和k-ξ方程两个连续方程。 连续性方程： 动量方程： 这里的F是钢液的自身重力，在钢包吹氩的情况下F=ɑpg,这里a是气体的百分数本文采用由castillejos和brimacombe提出的经验方程。 K方程： ξ方程： 有效黏度： 通过在模型中的常数以下数据由斯伯丁提供的： 2 模拟计算的条件 通过单风口喷吹和双风口吹对六种不同的喷嘴进行比较，对这些类型的喷嘴通过一个喷嘴和两个喷嘴吹氩的角度进行了模拟和比较。氩气的喷入量在100L/min和1000L/min之间。氩气喷吹的角度（表1）和两个喷嘴之间的距离（图1）必许考虑他们对结果的影响。 表1（单喷嘴和双喷嘴喷吹时，六种不同的分布情况）。 图1不同位置的双喷嘴 3计算方法 3.1计算机计算： 计算机使用直角坐标系统。平面空间一个表示53×53×23，计算中修订钢包的圆形边界面。 3.2边界要求： 钢包壁和底部部分： 钢包上部的钢水自由流动： 由于粘性力的作用，靠近钢包壁的钢水湍流会使其失去各向的同性的特点，壁面函数用了处理靠近壁面的情况处理。 3.3计算结果分析 这次计算用到了线差分法和微分方程结合的数学模型，以便格网式测量控制每个元素变量的代数方程。 4结果与讨论 图2表示当采用钢包中心吹人惰性气体时，钢包内部气体和刚液是均匀分布的。这两个区域的直径是又钢包底部向顶部逐渐变大的、吹氩形成的流场作为两个区域的中心轴。在下部的钢包，气泡推动钢水，通过这两个区域浮动，形成一个向上的流动。周围的钢水补充这两个区域，在钢包下部形成了钢水补充流。钢水表面，大量产生气泡，形成了中心向外的横向钢水流。中心喷吹时，钢水形成了一个循环流动。钢液表面形成了半径为1/5R和2/3R的旋转。 当在钢包偏离中心喷吹时，喷吹的流量是不同的，图2证明了这两个区域将成为钢包的边界，对称循环流动不存在（除部分地区，其中有一个小的循环流动） 许多侧面流动将发展充满整个钢包。计算还发现，喷吹紧贴钢包壁时，在钢包壁的循环流动将减少和消失，但在另一侧的循环流动，将补充和替代整个钢水的流量场。可以看出偏离中心能更好的减少死角和加快混合过程。偏离中心的喷吹比中心喷吹效果更好，但一旦喷嘴靠近边界，这将使流通不畅的面积增大，而且它也是不能忽视气体对耐火材料的侵蚀的主要原因。在1/3R到2/3R的之间，钢水流量少的面积是最小的。这有利于钢水的混合，但是在1/2R和1R，单喷嘴喷吹不利于混合的进行。 图3六种双风口喷吹的流量 图2 六种位置单风口喷吹的流量 图3表示与单风口相比双风口喷吹更有利于钢水的合格流动，可以看双风口喷吹时，能使钢水中心对称分布.。两个区域相互抵消，因为两个区域的流动相互冲突。相互冲突的结果是形成一些从旋涡流动。然而其他的合并在一起并和双风口喷吹的流体的轴线垂直。接着减少喷吹的角度和距离，这种趋势将等到一定的改善。当对称角度为45度时，在一定范围内流体的反作用程度并不明显，流体的形状受反作用力并不明显，并与单风口流体的形状相同。这种现象可以两个区域如此接近，它们合并成为更大的区域，从而使资源得到更充分的利用。低速区的比列如图4所示。在这些图表中我们发现吹氩量从100增加到400L/min,可以大幅度低速区域的面积。然而当吹氩量大于400L/min时，这种趋势被弱化。因此最佳吹氩量是100-400L/min。 5结论 就底吹氩而言，风口应设置在距离中心1/3R-2/3R处。在双风口吹的情况下，喷吹角度为45度，距离中心1/2R处吹炼效果最好。 在实际操作中，最佳的风量是100L/min-400L/min,底吹氩。在高风量的情况下死角的面积并没有明显的减少。 表4 在不同吹率下的速度比。 引用：