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《上海大学》 2005年
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钢液RH精炼非平衡脱碳过程的数学模拟

胡汉涛  
【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。 介绍了非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、交互作用系数和唯象系数,并简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 tRH多功能RH装置,在1∶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90 tRH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_l∝Q_g~(0.23)D_u~(0.72)D_d~(0.88)d_(in)~(0.13);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1.2 mm情况下,混合时间与搅拌能密度的关系为~τm∝ε~(-0.49)。 基于气—液双流体模型和湍流的修正k-ε模型,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 tRH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
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