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RH真空脱气过程循环流动的数值模拟

王维娜  
【摘要】:概述了炉外精炼的发展和我国现状,详细介绍了RH精炼的工作原理、特点、发展情况和未来发展趋势。指出了RH精炼技术与其它精炼技术相比在精炼功能方面的优势。在RH精炼过程中,钢液流动状态直接影响钢液成分和温度的均匀性,所以,研究RH装置内的钢液流动对缩短精炼时间,改善精炼效果起着十分重要的作用。为了探求RH真空精炼过程的内部钢液流动机理,本文在一些简化假设的前提下,从上升管吹Ar这一基本现象着手,描述了RH装置的内部流动现象,通过数值模拟,分析、考察了充气量、充气压力对流动和循环流量的影响,为RH工艺优化提供依据和指导。 以Baokuan Li和Fumitaka TSUKIHASHI建立的RH精炼物理模型作为研究对象,从循环流动的角度出发,利用FLUENT软件构建该实验装置中液相流动与气—液相间相互作用的数学模型,讨论工艺、设备等因素对液相流动和混合情况的影响,显示并分析真空室和钢包内液相的流动状况和流场。 基于欧拉—欧拉气液两相流模型和标准k-ε双方程湍流模型,提出了RH真空精炼中气—液两相流动的数学模型。在绝热条件下,计算了充气量入口参数,由此确定了模型的重要边界条件。应用数学模型对RH水模型装置内液相的流动进行模拟,并把数值模拟计算的结果同实验装置所测得的数据进行对比。结果表明,该模型的计算结果基本反映了可变参数(如:充气量、充气压力等)对RH实验装置内液体循环流量的影响规律。增大吹气量和吹气气压可有效地提高RH装置的循环流量。与此同时,通过观察上升管内的流场,发现吹入的气体对液相的影响主要集中在上升管壁附近,难以达到上升管的中心部位。 此外,还对钢包内的流动进行了模拟。结果表明,钢包内存在两个明显回流区,一个是上升管侧钢包底部的回流区;另一个是下降管和钢包壁之间的回流区。而且,在钢包顶部液体的流动并不是很明显。可以通过改变相关参数改善流动循环。


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