RH精煉過程循環流場模擬研究

2016-01-02 陳立峰 本溪鋼鐵集團公司煉鋼廠

  RH真空循環是以真空室鋼液與鋼包鋼液循環流動來實現,由于RH 循環流量不足和生產工藝不完善等問題,這些問題制約了RH 的效率提高。應用N-S 方程和雙方程模型對RH 爐外精煉真空室鋼液和鋼包內鋼液進行數值模擬,ANSYS 模擬分析循環流量及氣體流量和RH 混均情況。基于180 t RH 的參數分析鋼液流動的三維數學模型模擬,并且分析影響循環流量的因素。掌握RH 流動規律為工程技術改進提供參考。

  RH 真空循環脫氣法由RuhrstahlHuttenwerkeAG 公司和Heraeus AG 公司共同研發。RH 技術的進步也驅動著高級別鋼材的迅猛發展。在RH爐外精煉過程中鋼液循環流動的效率直接影響真空精煉生產能力及產品質量。所以真空技術網(http://shengya888.com/)認為專業技術人員對RH 循環流場流動做了大量的技術攻關,為RH 爐外精煉技術的發展奠定的扎實基礎。但是研究方法大多以冷態水模實驗并且循環流場進行粗線條描述,很難把握RH 爐外精煉鋼液循環流動的整體循環流動。

  本文是通過模擬以某廠180tRH 精煉設備為研究對象。應用計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法,以商業軟件ANSYS 通過ICDM 進行網格劃分后,通過FLUENT 軟件模擬循環流場。應用CFD 軟件計算流體流動問題,本文將討論RH 循環流量及循環流場的影響,通過數值模擬方法分析影響RH 流動情況與操作參數的關系,為更好的提高效率優化工藝參數起到重要作用。

  1、數學模型的建立

  (1)真空室內鋼液為自由液面,各處壁面無滑移。

  (2)流動過程為等溫及泡狀流動,真空室液面高度恒定不變。

  (3)氣泡上浮的浮力是驅動鋼液循環流動的主要驅動力,應用VOF 模型。

  2、結論

  (1)本文建立RH 精煉循環流動模型,可以模擬RH 循環流動氣- 液兩相流動行為,為預報RH 循環流動效果奠定基礎。

  (2)模擬結果顯示RH 循環流動在鋼包內沒有死區分布,但是在鋼包液面處及吸嘴壁外區域循環流動為弱勢區。

  (3)上升管吸嘴處吹入氬氣流量逐漸減小存在“穿不透”現象,氬氣不能吹到上升管中心處位置,但氬氣泡受熱膨脹產生的浮力才是最主要循環的源動力

  (4)模擬分析RH 不同吹氬流量時真空室頂部與鋼包底部區域流場結果顯示,吹入氬氣流量增大,混均效果越加顯著及一次循環時間越少,鋼液流體動力越為劇烈。

  (5)通過數值模擬分析RH 循環情況在真空度為134Pa,100Pa 和67Pa 時,RH 真空室中心處速度逐漸增強,循環流動動能增加,循環效率提高。