高压条件下钢液底吹气体行为的数理模拟研究
发布时间：2020-12-25 17:36
为了探究高压条件下钢液中底吹气体的行为规律,必须深入研究气体在钢液中的存在形态和运动形式。研究炼钢工艺中底吹气体搅拌过程常用的方法有物理模拟和数值模拟。文中将两种方法相结合,依据实验室高温高压反应釜为原型,研究在压力、底吹流量、喷嘴孔径、底吹位置对气体在液体中行为的影响。通过采用物理模拟的方法分析了液面上气泡和液体中自由上浮的气泡的运动状态及变化。水模拟实验结果从两个角度进行分析:一是从液面角度进行分析,在一定底吹流量条件下,随着容器压力的升高,气泡尺寸逐渐变小,数量逐渐增多,形状从椭圆趋向于正圆形;在一定底吹流量和压力条件下,底吹孔越靠近容器边壁,气泡越趋向于椭圆形,气泡直径平均值越大;底吹位置变化对气泡数量的变化并没有产生明显影响。二是从液体中气泡自由上浮角度,在一定底吹流量条件下,随着容器压力的增大,气泡生成时的尺寸逐渐减小,气泡数量逐渐增大,在上浮的过程中,气泡形状变形度逐渐变小。通过采用物理模拟和数值模拟对气泡上浮过程中形态变化进行对比,可知在升压后,液体中的气体行为发生变化的原因是由于压力的改变,液体的物理性质发生了改变。论文最后阐述分析了升高压力对精炼工艺过程中气液反应提...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脱碳时钢液中的碳、氧含量变化示意图
起来以达到均匀成分和平衡温度的效果。此外由于增加了钢液的动能，增加了中钢液湍动能促进各种反应的进行。底吹孔位置的设置、底吹的数量及底吹流不同对熔池搅拌的影响影响也不同。许多研究者[9-12]研究发现在钢包底吹过程影响气泡大小的因素还包括底吹气体的操作压力、气泡表面压力、底吹孔径和位置等。在底吹气体的过程中，当底吹流量比较小时，液体中气泡群呈分散状而且大多数直径小于 2mm；当底吹流量较大时，容易产生布袋形大气泡，导液和气泡的气液界面面积显著减小。底吹一般分为单孔底吹和双孔底吹。 单孔底吹钢包底吹采用一个喷嘴底吹搅拌，喷嘴中心距离钢包底吹中心的距离为偏心离，如下图 2 所示，中心底吹和偏心底吹对钢包内的流场产生不同的影响效。当底吹气体离开喷嘴时，气体破碎成气泡，气泡带动钢液流场的循环。底吹置的改变对钢液流场及钢液中的气泡都会产生不同的作用。
图 3 夹角 90°双喷嘴模式Fig.3 Schematic diagram of angle 90° double nozzle model图 4 夹角 180°双喷嘴模式Fig.4 Schematic diagram of angle 180° double nozzle model幸伟等[19]通过实验研究表明，夹角 180°的双孔底吹效果优于夹角 30°，因钢包采用双孔底吹时，底吹气体在熔池内形成两个气液两相区，夹角 180°的双
【参考文献】：
期刊论文
[1]加压下气泡在液体中的行为[J]. 钟良才,周航,王龙,张库. 东北大学学报(自然科学版). 2015(03)
[2]氩气流量对100t底吹钢包内渣眼形成影响的数值模拟[J]. 朱玲莉,高标,向杰,孙冬婷,陶欢,张艳丽,韩芳. 特殊钢. 2014(05)
[3]高压冶金技术在高氮钢冶炼中的应用[J]. 王书桓,赵定国. 太原理工大学学报. 2014(01)
[4]150t钢包底吹氩卷渣行为的物理模拟[J]. 孙丽媛,李京社,唐海燕,黄婷,张牣彧. 特殊钢. 2013(05)
[5]静水中气泡群上升规律的实验研究[J]. 潘华辰,章慧. 水动力学研究与进展A辑. 2012(05)
[6]70吨底吹氩钢包卷渣临界条件的水模型实验研究[J]. 李晓红,韩丽辉,贾红光. 青海师范大学学报(自然科学版). 2011(03)
[7]钢液中气泡上浮去除夹杂物的研究现状[J]. 郭浩,雷作胜,金小礼,韩欣,邓康,任忠鸣. 上海金属. 2011(04)
[8]45t钢包底吹氩钢液流动的水模拟研究[J]. 常国平,李京社,唐海燕,林晓川,孙丽媛,杨树峰. 炼钢. 2010(03)
[9]100t钢包底吹氩工艺优化研究[J]. 阳方,沈巧珍,彭琦,仇东丽,梁新亮,尹振芝. 过程工程学报. 2010(S1)
[10]底吹氩钢包内三维流场的数值模拟[J]. 马骏,沈巧珍,阳方,李光强. 武汉科技大学学报. 2010(02)
硕士论文
[1]70t钢包底吹氩工艺优化及钢—渣界面行为研究[D]. 蒋星亮.武汉科技大学 2013
[2]旋转脉冲吹气法精炼过程气泡的形成及分布[D]. 王惠.哈尔滨工业大学 2012
[3]钢包底喷粉增碳数值模拟及实验研究[D]. 柴玉石.内蒙古科技大学 2012
[4]单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D]. 马斗.天津大学 2009
[5]高压—底吹氮法高氮钢精炼热力学实验研究[D]. 赵定国.河北理工大学 2008
[6]钢包底吹氩工艺开发[D]. 幸伟.武汉科技大学 2005
[7]高压底吹氮法高氮钢冶金动力学基础研究[D]. 张士岩.河北理工学院 2004
本文编号：2938099
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脱碳时钢液中的碳、氧含量变化示意图
起来以达到均匀成分和平衡温度的效果。此外由于增加了钢液的动能，增加了中钢液湍动能促进各种反应的进行。底吹孔位置的设置、底吹的数量及底吹流不同对熔池搅拌的影响影响也不同。许多研究者[9-12]研究发现在钢包底吹过程影响气泡大小的因素还包括底吹气体的操作压力、气泡表面压力、底吹孔径和位置等。在底吹气体的过程中，当底吹流量比较小时，液体中气泡群呈分散状而且大多数直径小于 2mm；当底吹流量较大时，容易产生布袋形大气泡，导液和气泡的气液界面面积显著减小。底吹一般分为单孔底吹和双孔底吹。 单孔底吹钢包底吹采用一个喷嘴底吹搅拌，喷嘴中心距离钢包底吹中心的距离为偏心离，如下图 2 所示，中心底吹和偏心底吹对钢包内的流场产生不同的影响效。当底吹气体离开喷嘴时，气体破碎成气泡，气泡带动钢液流场的循环。底吹置的改变对钢液流场及钢液中的气泡都会产生不同的作用。
图 3 夹角 90°双喷嘴模式Fig.3 Schematic diagram of angle 90° double nozzle model图 4 夹角 180°双喷嘴模式Fig.4 Schematic diagram of angle 180° double nozzle model幸伟等[19]通过实验研究表明，夹角 180°的双孔底吹效果优于夹角 30°，因钢包采用双孔底吹时，底吹气体在熔池内形成两个气液两相区，夹角 180°的双
【参考文献】：
期刊论文
[1]加压下气泡在液体中的行为[J]. 钟良才,周航,王龙,张库. 东北大学学报(自然科学版). 2015(03)
[2]氩气流量对100t底吹钢包内渣眼形成影响的数值模拟[J]. 朱玲莉,高标,向杰,孙冬婷,陶欢,张艳丽,韩芳. 特殊钢. 2014(05)
[3]高压冶金技术在高氮钢冶炼中的应用[J]. 王书桓,赵定国. 太原理工大学学报. 2014(01)
[4]150t钢包底吹氩卷渣行为的物理模拟[J]. 孙丽媛,李京社,唐海燕,黄婷,张牣彧. 特殊钢. 2013(05)
[5]静水中气泡群上升规律的实验研究[J]. 潘华辰,章慧. 水动力学研究与进展A辑. 2012(05)
[6]70吨底吹氩钢包卷渣临界条件的水模型实验研究[J]. 李晓红,韩丽辉,贾红光. 青海师范大学学报(自然科学版). 2011(03)
[7]钢液中气泡上浮去除夹杂物的研究现状[J]. 郭浩,雷作胜,金小礼,韩欣,邓康,任忠鸣. 上海金属. 2011(04)
[8]45t钢包底吹氩钢液流动的水模拟研究[J]. 常国平,李京社,唐海燕,林晓川,孙丽媛,杨树峰. 炼钢. 2010(03)
[9]100t钢包底吹氩工艺优化研究[J]. 阳方,沈巧珍,彭琦,仇东丽,梁新亮,尹振芝. 过程工程学报. 2010(S1)
[10]底吹氩钢包内三维流场的数值模拟[J]. 马骏,沈巧珍,阳方,李光强. 武汉科技大学学报. 2010(02)
硕士论文
[1]70t钢包底吹氩工艺优化及钢—渣界面行为研究[D]. 蒋星亮.武汉科技大学 2013
[2]旋转脉冲吹气法精炼过程气泡的形成及分布[D]. 王惠.哈尔滨工业大学 2012
[3]钢包底喷粉增碳数值模拟及实验研究[D]. 柴玉石.内蒙古科技大学 2012
[4]单孔气泡动力学行为的VOF数值模拟[D]. 马斗.天津大学 2009
[5]高压—底吹氮法高氮钢精炼热力学实验研究[D]. 赵定国.河北理工大学 2008
[6]钢包底吹氩工艺开发[D]. 幸伟.武汉科技大学 2005
[7]高压底吹氮法高氮钢冶金动力学基础研究[D]. 张士岩.河北理工学院 2004
本文编号：2938099
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