RH真空精煉過程流體流動和夾雜物行為的數(shù)值模擬.pdf

1、RH（Rheinsahl–Heraeus）真空設(shè)備是鋼水爐外處理中最重要的精煉手段之一，具有脫碳、脫氫、脫氮、脫氧和去除非金屬夾雜物等作用，這些精煉功能的實(shí)現(xiàn)與RH內(nèi)流體的流動行為密切相關(guān)。受高溫限制，數(shù)值模擬成為研究RH精煉過程一種重要的方法和手段。本文運(yùn)用數(shù)值模擬的方法研究了RH精煉過程的流體流動和夾雜物行為。首先，基于Eulerian模型，并考慮氬氣泡膨脹影響，建立了描述RH內(nèi)氬氣-鋼液兩相流的數(shù)學(xué)模型，研究分析了相間曳力、湍流耗

2、散力等對RH裝置內(nèi)氣-液兩相流動合理預(yù)測的影響。同時，考慮鋼包和真空室頂部氣相以及鋼包頂渣的存在，建立了描述RH內(nèi)空氣-氬氣-鋼液-渣流動的DPM–VOF（Discrete Phase Model?Volume of Fluid）耦合模型，探討了將空氣-氬氣-鋼液-渣簡化為氬氣-鋼液兩相流的合理性。隨后，以CFD-PBM（Computational Fluid Dynamics?Population Balance Model）耦合模型

3、為基礎(chǔ)，建立了描述 RH內(nèi)氬氣-鋼液-夾雜物三相流的數(shù)學(xué)模型，采用非均勻多尺度群組法對鋼液中夾雜物行為進(jìn)行定量描述，并對結(jié)果進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時，對常用的均勻多尺度群組法在夾雜物行為模擬中的適用性進(jìn)行了探討。最后，基于上述建立的模型，考查了鋼包底吹對復(fù)吹RH內(nèi)流體流動和夾雜物行為的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①氣泡膨脹對RH內(nèi)流體流動的影響非常明顯。如果不考慮膨脹，計算得到的鋼液循環(huán)流量只有實(shí)際測量值的50％左右；除了曳

4、力，湍流耗散力對RH內(nèi)氣-液兩相流流動也起著重要作用，該力是合理預(yù)測氣液兩相結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。②將空氣-氬氣-鋼液-渣簡化為氬氣-鋼液兩相流會在一定程度上改變RH內(nèi)鋼液的流動模式，使鋼渣界面附近鋼液的混勻時間縮短，但對鋼液的循環(huán)流量幾乎沒有影響。③非均勻多尺度群法能夠較好地預(yù)測RH精煉過程夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、數(shù)量密度和尺寸分布的演變；由于不同尺寸的夾雜物會因?yàn)椴煌膭恿繄龆l(fā)生分離，常用的均勻多尺度群法并不適用于模擬鋼液中的夾雜物行為；Al2O3