铁水预处理过程中喷气搅拌的实验与模拟研究

【摘要】：本课题组在现有的KR机械搅拌法和喷吹法的基础上,自主研发出了更适合镁基脱硫剂的“原位机械搅拌法”。为了该法的工业化推广,本文从实验和数值模拟两个方面,对其熔池内部流场情况进行了研究。 实验方面,主要是通过建立水模型,并利用“照相法”来获取其内部的流场照片,以压差法获得模型内的局部气含率,以体积膨胀法来获取平均气含率。 数值模拟方面,则是为水模型建模,利用商业CFD软件Flunet对水模型进行同条件模拟,并将模拟结果同实验结果相对比,证明了模拟的可行性。在一致的基础上,进一步对300t铁水包进行等尺寸模拟,考察不同浸入深度,不同搅拌模式,不同转速情况下,铁水包内部的单相流流场和气液两相流流场,并对熔池内部的气含率进行了模拟预测。 主要得到结论如下： 两种搅拌模式下,气含率均是随着气体流量和搅拌转速的增大而增大。但过高转速对增加气含率意义并不大。偏心搅拌模式更有利于气泡微细化,能使熔池内的气含率更加平均。但在实际生产中,靠近搅拌桨一侧,熔池内壁受到压力过大,会给耐火材料带来较大的侵蚀。相同实验条件下,改进桨对气泡有明显的下压作用,更有利于气泡的均匀分布。 铁水包内液体是轴向环流和径向旋转流的耦合流场,内部铁水流速沿着径向先增大后减小,最大流速出现在桨叶端面处,并且液面漩涡深度随着搅拌桨旋转速度的提高和浸入深度的减小而不断增大。 实际铁水包内气相分布较同等搅拌模式下的水模型更加广泛,尤其是在搅拌桨下方近壁处有明显的气相分布,且整体气含率更加平均。