钢液RH精炼非平衡脱碳过程的数学模拟-钢铁冶金专业论文.docxVIP

上海火学博h学位论文(2005) 上海火学博h学位论文(2005) 摘 要 摘 要 回顾了钢液RH精炼技术的发展历程和取得的进展，概述了其冶金功能。分 析和综述了有关该过程数学和物理模拟研究已有的成果和现状。另外，探讨了关 于上升管中液相内气泡的直径和RH精炼过程脱碳机理的研究。 介绍了菲平衡态热力学的基本理论。以纯净钢(超低碳钢和超低硫钢)的真 空循环(RH)精炼为例，说明了冶金过程的非线性和非平衡性特征，分析了冶 金反应工程学和非平衡态热力学的异同，讨论了基于非平衡态热力学和冶金反应 工程学的观点、原理和方法研究和处理实际冶金过程的必要性和可行性。指出： 为真实地定量描述实际冶金过程，必须充分考虑其非平衡性和非线性的特点：非 平衡态热力学在冶金领域应该和能够发挥其作用，应该加强、加速开展和进行冶 金过程非平衡态热力学及其应用的研究。对菲平衡态热力学线性区的几种特殊情 况分析了相应的本构关系、交互作用系数和唯象系数，并简要介绍和评述了已有 的一些工作；从热力学稳定性分析出发，评述了非线性非平衡态热力学理论在电 解和碳氧反应两个冶金过程中的应用研究。对非平衡态热力学线性区的几种特殊 情况分析了相应的本构关系、交互作用系数和睢象系数，并筠要介绍和综述了已 有的一些工作；从热力学稳定性分析出发，评述了非线性非平衡态热力学理论在 铝电解和钢液的脱碳两个冶金过程中的应用研究。 针对90 t RH多功能RH装置，在l：5的水模型上，测定了钢液的循环流量， 采用电导法测定了RH钢包内钢液的混合时间，显示了钢包内液体的流动状态和 流场，由此研究了吹气管直径的变化对90tRH装置内钢液的循环流动和混合特 性的影响，得出以下结论：环流量随吹气管直径的增大有所增大，考虑吹气管直 径影响的环流量关系为：Q，oc Q罗D。0”Do明以”；随着吹气管直径的增大，RH 钢包内液体流态基本不变；随着吹气管直径的增大．混合时间略有缩短；在吹气 管直径为1．2mm情况下，混合时间与搅拌能密度的关系为。m“8”。 基于气～液双流体模型和湍流的修正七．骥型，提出了RH循环精炼过程中钢 液流动的数学模型，确定了模型的有关参数，按等截面喷枪内气体的加热和摩擦 流计算了上升管内提升气体的入口参数，由气流和钢液间的穿热估算了提升气体 在上升管钢液内所达到的温度。应用该模型对90 t RH装置及线尺寸为其1，5的 水模型装置内流体的流动作了模拟和估计，结果表明，该模型可以相当精确地模 拟整个RH装置内液体的循环流动；吹入的提升气体主要集中在管壁附近，难以 到达上升管的中心部位，存在气体的所谓附壁效应，在实际RH精炼条件下更为 卜海大学博：E学位论文(2005) 卜海大学博：E学位论文(2005) 摘 要 显著；增大吹气量和插入管内径可有效地提高RH装置的环流量，在一定条件下 存在使环流量达“饱和”的提升气体流量临界值，而该模型可相当精确地给出“饱 和”环流量和相应的提升气体流量。 基于非平衡态热力学和气液两相流的双流体模型，分析了钢液RH精炼非平 衡脱碳过程的特点，研制和提出了一个新的钢液RH精炼非平衡脱碳过程的数学 模型，给出了该模型的具体细节，包括控制方程的建立，边界条件和源项，以及 有关参数的选取和确定。应用该模型于90 t多功能RH装置内钢液的精炼，对 RH和RH—KTB条件下钢液的脱碳过程进行了模拟和分析，结果表明，以该模 型可相当精确地模拟钢液真空循环脱碳精炼过程中钢液内C、O的含量随处理时 间变化；钢液内C、O浓度的分布规律为钢液的流动特性所支配；钢液内的C高 于400 x10’4 mass％时，KTB操作不仅可补充脱碳所需的氧量，使脱碳过程得以 加速，从而在更短的时间内达到规定的碳含量水平，且可在脱碳终点达到较低的 氧含量：RH糖炼过程中，上升管、真空室和自由表面及液滴群的脱碳效果分别 约为11％，46％，42％，无论是RH还是RH．KTB脱碳过程，都应当同时考虑上升 管和真空室内液滴群的作用；对90tRH装置。使用417NL／min的吹Ar量即可 获得较好的脱碳效果，在本工作条件下，进一步增加吹气量，并不能明显地改善 钢液RH精炼过程脱碳的效果；在钢液RH精炼过程中，由气泡穿过液相时所作 的曳力功、流动、扩散和化学反应等非平衡过程引起的体系内Rayleigh．Onsager耗 散函数盯2的值不大，精炼过程中非线性耗散因子口。@)*1在整个流场中处处成 立；随着精炼时间的增长，体系内的熵