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夹杂物穿越钢渣界面过程运动行为研究

杨宏博  
【摘要】:钢液中夹杂物的去除对提高钢材质量具有重要意义,作为夹杂物去除的最后一个环节——夹杂物穿越钢渣界面进入渣层,不仅影响着夹杂物的去除效率,而且在某些情况下还会成为夹杂物去除的限制环节。 本文针对“夹杂物穿越钢渣界面进入渣层”这一环节展开研究,基于夹杂物在钢液中、钢渣界面以及钢渣中的运动和受力分析,成功建立了新的夹杂物界面运动数学模型,并通过物理模拟实验验证了模型的合理性和正确性。该模型将以往数学模型的雷诺数适用范围由0Re1扩大为Re0,同时将夹杂物的运动区域由钢渣界面扩大为包含钢液、钢渣界面以及钢渣在内的连续区域,有效补充和完善了夹杂物界面运动数学模型。 利用本文数学模型,系统研究了各个因素(夹杂物特性、钢液特性、钢渣特性和界面特性)对夹杂物穿越钢渣界面运动行为的影响。研究表明:夹杂物穿越钢渣界面的能力,因夹杂物粒径、夹杂物密度、夹杂物润湿性增加而增加,因钢渣粘度、钢渣界面张力增加而减小,随着钢液密度、钢液粘度和钢渣密度的增加几乎不变。基于本文的钢液、钢渣和夹杂物特性,夹杂物穿越钢渣界面的临界粒径为236μm,小于该粒径的夹杂物无法穿越钢渣界面,最终停留在钢渣界面R(1+cosθ)的位置。 根据本文建立的夹杂物界面运动数学模型,利用FLUENT软件实现固体和多相流动的耦合,建立了夹杂物界面运动行为数值模拟模型,观察并分析了夹杂物界面运动轨迹以及钢渣界面波动情况,发现夹杂物穿越钢渣界面的过程对钢渣界面波动影响很大,不可忽略,为以后数学模型的改进提供了研究方向。 为了检验钢渣界面作用对夹杂物去除的影响,以100t RH为研究对象,将PBM模型、夹杂物碰撞模型和本文夹杂物界面运动数学模型相结合,成功建立了夹杂物碰撞长大、上浮运动、穿越钢渣界面全过程的数值模拟模型。研究发现:①钢渣界面作用对RH中夹杂物去除过程的影响比较明显,冶炼600s时,有无钢渣界面作用的夹杂物去除率差值为2.56%,②钢渣界面对小粒径夹杂物的阻碍作用大于大粒径;③最佳驱动气体流量为60Nm3/h,该气体流量下钢渣界面夹杂物最少;④对于粒径为16μm~161.27μm的夹杂物,钢渣界面对夹杂物的阻碍作用因气体流量增加,不断减小,对于其它粒径的夹杂物,钢渣界面对夹杂物的阻碍作用因气体流量增加几乎不变。


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