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LF精炼炉夹杂物行为的模拟研究

作　者: 郝帅
导　师: 陈义胜
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 数值模拟流场混匀时间夹杂物运动轨迹
分类号: TF769.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以包钢新建150t LF精炼炉为研究对象,根据实际的精炼工艺和炉况条件,对吹氩孔的位置、吹气量的大小、脱氧剂的混匀时间、夹杂物在钢液中的运动行为等问题进行了研究和讨论,以期对实际生产提供理论支持。课题以水模型和数学模型为研究方法,应用连续性方程、Navier-Stokes方程和湍流模型,对钢包流场进行了数值模拟计算。在建立流场的基础上,应用示踪剂浓度分布扩散方程,计算出脱氧剂在钢液中的混匀时间;在满足一些假设条件下,结合流场程序,应用颗粒运动轨道模型,大量跟踪计算了不同初始位置条件下的9种粒径颗粒在钢液内部的运动轨迹,然后通过统计的方法得到各种粒径颗粒的去除时间。计算程序采用FORTRAN语言编写,图形处理工具采用TECPLOT软件。通过对数值模拟和实验结果的比较分析,得出钢包双孔喷吹时,随着两孔到中心距离的增大和两孔之间的夹角的变小,底部动能的利用变好,流动活跃;而且通过水模实验的研究得出吹气量的大小存在一个临界值,当吹气量大于这个临界值,混匀时间变化减缓;脱氧剂在钢液中的混匀时间约为300s左右;对不同粒径夹杂物颗粒运动轨迹的计算得出:在夹杂物去除过程中,各区域的去除时间不同,双孔对称布置的流场中,对称面附近的夹杂物较难去除,夹杂物颗粒在漩涡中的运动轨迹近似为“二维运动”。本课题的研究给出了一些在实际生产过程中的具体操作参数,为实际生产提供了一些理论依据和参考价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
引言  9-10
1 文献综述  10-22
  1.1 LF 炉的概述  10-13
    1.1.1 LF 炉精炼技术的现状和发展  10-11
    1.1.2 LF 炉的精炼原理  11
    1.1.3 LF 炉的精炼方法  11-12
    1.1.4 LF 炉适用的钢种  12-13
  1.2 LF 炉的基础理论  13-15
    1.2.1 脱氧  13-14
    1.2.2 脱硫  14-15
    1.2.3 去除夹杂物  15
  1.3 数值模拟的发展及研究方法  15-17
    1.3.1 数学模型的发展  15-16
    1.3.2 CFD 软件在数值模拟中的应用  16-17
  1.4 关于夹杂物的相关研究  17-22
    1.4.1 夹杂物的基本描述  17-18
    1.4.2 夹杂物的质量控制  18
    1.4.3 夹杂物的一般动力学理论研究  18-20
    1.4.4 吹氩去除夹杂物  20-22
2 选题的目的和意义  22-23
  2.1 课题的提出  22
  2.2 课题目的和意义  22-23
3 LF 流场的模拟研究  23-34
  3.1 数学模型的建立  23-26
    3.1.1 基本假设  23
    3.1.2 气泡模型  23-24
    3.1.3 数学模型  24-25
    3.1.4 边界条件  25-26
  3.2 计算方法  26-28
    3.2.1 网格划分  26
    3.2.2 模型求解方法  26-27
    3.2.3 计算条件  27-28
  3.3 模拟方案  28-33
    3.3.1 LF 精炼炉数值模拟方案  28-29
    3.3.2 模拟结果分析  29-33
  3.4 本章小结  33-34
4 混匀时间的模拟研究  34-39
  4.1 基本假设  34
  4.2 模型的建立  34
  4.3 边界条件  34
  4.4 混匀时间计算结果  34-38
  4.5 本章小结  38-39
5 LF 炉水模型实验  39-50
  5.1 实验原理  39-40
  5.2 实验装置和测量方法  40-42
  5.3 实验内容  42-47
    5.3.1 双孔喷吹实验  42-43
    5.3.2 双孔喷吹实验数据  43-44
    5.3.3 双孔实验数据比较  44
    5.3.4 单孔喷吹实验  44-45
    5.3.5 单孔喷吹实验数据  45
    5.3.6 单孔喷吹实验数据比较  45-47
  5.4 单、双孔喷吹实验比较分析  47
  5.5 水模混匀时间的数值模拟  47-49
  5.6 本章小结  49-50
6 LF 炉夹杂物去除的模拟研究  50-61
  6.1 基本假设  50
  6.2 数学模型的建立  50-51
  6.3 模拟结果分析  51-60
    6.3.1 静止钢液中夹杂物的运动特征  51-52
    6.3.2 吹氩过程中夹杂物的运动特征  52-60
  6.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
在学研究成果  65-66
致谢  66

LF精炼炉夹杂物行为的模拟研究

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