中间包微孔吹氩技术的模拟研究

发布时间：2020-05-13 08:50

【摘要】：本文针对钢液中小于30μm的微小非金属夹杂物去除率比较低问题,提出中间包透气砖微孔吹氩方案,采用数值模拟和水模实验方法,研究微小气泡作用下,钢液流动特性及夹杂物的运动规律,希望进一步提高钢液纯净度。数值模拟与水模实验表明,中间包采用透气砖进行微孔吹氩时,吹气位置并不影响中间包的流场分布,但会影响微小夹杂物的去除率。在入口坝下游进行吹氩时,中间包内5~35μm微小夹杂物的去除率最大;5~15μm夹杂物的去除率随气孔率增加而减小,气孔率为10%时夹杂物的去除效率较高;当夹杂物颗粒变大时,20~35μm夹杂物的去除率随气孔率的增加而增加,气孔率为20%时夹杂物的去除率较高。随着气泡尺寸变大,微小夹杂物的去除率降低,而大夹杂物的去除率增加;当颗粒尺寸大于30μm时,20μm气泡对夹杂物的去除率好于2μm气泡;当颗粒尺寸大于40μm时,200μm气泡对夹杂物的去除率好于20μm气泡。综上所述,中间包微孔吹氩并没有强化搅拌作用,而是在不改变中间包流场的情况下,产生大量弥散的小气泡,利用惰性气泡清洗钢液。合理选择安装透气砖的位置及气孔率,不仅可以提高微小夹杂物的去除率,而且可以减轻钢液对透气砖的冲刷,延长中间包的使用寿命,降低生产成本。
【图文】：

示意图,气幕,中间包,挡墙

也使大量夹杂物垂直朝上运动，流经透气砖的氩气上浮形成一道气泡气幕屏障，所以，称之为“气幕挡墙”，如图1.1 所示。图 1.1 中间包气幕挡墙示意图Fig. 1.1 Tundish air curtain retaining wall钢液中常规挡墙不能够很好去除的细小氧化物以及硫化物等非金属夹杂物，中间包吹氩形成的小气泡能很好的去除，气泡表面存在表面张力，上浮过程中气泡表面吸附的微小夹杂物随气泡到达表面渣层后，当压强变化时气泡破裂，表面渣层将气泡释放出来的夹杂物吸收。A Ramosbanderas 等人[11]探究了吹气对中间包内流场的影响，发现在气泡浮力及液相的剪切力作用下，改善了中间包内钢液的流动状态。随着底吹气量的加大，而引发钢液的湍流强度及循环流动增强；当底吹气量过大时，使湍流加剧，易发生液面卷渣现象。高爱民等人[12]采用气－液－固三相流的数值模拟方法，对不同尺寸夹杂物在气幕挡墙下的去除进行了研究。结果显示，气幕挡墙能够去除 50μm 以下夹杂物颗粒，并能进一步提高 20～30μm 夹杂物的去除率。目前，许多国内外钢铁厂都已引进了底吹氩技术，，并投入生产，也得到了质量较好的连铸钢坯[13-15]。

轨迹图,夹杂物,气泡,作用机理

图 1.2 夹杂物与气泡发生碰撞的轨迹图.2 The trajectory of the collis ion of inclusions and 图 1.3 气泡捕获夹杂物作用机理
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF703

【参考文献】