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《武汉科技大学》 2006年
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中间包气幕挡墙的结构优化及其夹杂物去除的数学物理模拟研究

张美杰  
【摘要】:随着洁净钢的发展,中间包在钢水精炼中的地位与作用日益得到人们的重视。由于氩气泡对钢液中微小夹杂物的去除作用,近年来,中间包气幕挡墙技术在超纯净钢生产中的作用已引起了冶金及材料科技工作者的广泛关注。吹气参数的控制是气幕挡墙技术能否有效发挥中间包冶金作用的关键,而吹气元件—气幕挡墙砖的性能及结构制约着吹气参数的制定。以往对气幕挡墙中间包的数学物理模拟研究中,对气幕挡墙砖进行了较多的简化,与实际工业生产使用的气幕挡墙砖性能尚有一定区别。 本文根据中间包气幕挡墙砖的实际使用条件,首先研究了影响气幕挡墙砖性能的因素,并制备了与实际生产使用的透气砖微观结构及性能参数相同的气幕挡墙砖做水模研究。采用自制的水模型气幕挡墙砖为吹气元件进行了水力学模拟实验,并将多孔介质模型应用于描述气体在气幕挡墙砖内的流动,首次采用用数学物理模拟相结合的方法研究了气幕挡墙砖性能参数对中间包流体流动特性的影响。考虑中间包内夹杂物的碰撞长大、壁面吸附、Stokes上浮及气泡吸附作用,用拉格朗日随机轨道模型模拟计算了气幕挡墙中间包内夹杂物的运动轨迹及去除率,并分析了影响夹杂物运动及去除率的因素,进一步完善了气幕挡墙中间包内夹杂物去除的数学模型。在上述研究的基础上,对某炼钢厂二流板坯中间包进行了气幕挡墙技术的数学物理模拟研究,并优化了吹气参数。论文研究得出了以下结论: 1.研究了粒度组成、细粉加入量、外加剂等对气幕挡墙砖刚玉—莫来石透气层材质的物理性能及显微结构的影响,首次利用因次分析中的π定理分析了影响气体在气幕挡墙砖内流动时的阻力系数。研究结果表明,当细粉加入量15%左右,并配以膨胀剂、分散剂等外加剂,采用振动浇注施工,可以制得显气孔率达30%以上,并具有较高的强度,良好的透气性,孔径分布均匀的透气砖;气体在气幕挡墙砖内流动的粘性阻力系数及惯性阻力系数与气体的雷诺准数、透气砖的平均孔径、气孔率、透气砖的特征尺寸的关联式可分别表示为:1/a·d_0~2=11.9819Re~(-0.97337)(d_0/L)~(1.17335) Ps~(-3.28532) C_2·d_0=-30.86399Re~(-2.1684)(d_0/L)~(-4.7716) Ps~(-4.1378) 该关联式的适用范围为Re:30~1000。 2.水力学模拟与数学模拟结果表明,多孔介质模型能更好的描述气体在气幕挡墙砖内的流动过程。气幕挡墙砖的气孔率及透气度对形成气泡的大小、气泡的逃逸速度有重要影响,对中间包内钢液的流动特性及气体的体积分布有一定影响。在吹气参数相同时,气幕挡墙砖的气孔率及透气度越大,所形成的气泡越大,气泡进入钢液的初始速度越大,从
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TF769

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