RH真空精炼过程气液两相流动行为及气泡驱动效率的研究
发布时间：2021-04-02 21:01
RH真空精炼是一个涉及气液两相流动、传热传质和化学反应等复杂的冶金过程,其循环脱气是通过吹入氩气驱动钢液来实现的,吹氩条件及氩气泡在钢液中的流动行为对精炼效率的影响至关重要。在实际生产过程中,各操作参数及结构对循环精炼效率的具体影响难以准确测量和定量研究。因此,通过物理模拟与数值模拟相结合的办法来研究RH真空精炼过程已成为开发RH新工艺、新装置模型的主要手段,进而达到提高精炼效率的目的。本文采用水模型模拟实验和计算流体力学（CFD）数值模拟相结合的方法,将气泡聚并、破碎等微观行为与气泡驱动效率等宏观特性相联系,并考虑了吹氩角度和吹氩流量两因素对循环流动效率的协同影响,对RH精炼过程中多相流动和混合特性以及气泡驱动效率作了深入研究。此外,在传统RH真空精炼装置基础上提出了两种新型浸渍管截面形状的单纯底吹真空循环精炼装置,以及一种新型浸渍管截面形状的侧底复吹真空循环精炼装置模型,并进行了物理及数值模拟,本文主要研究工作如下：（1）以某钢厂180tRH真空精炼装置为原型,设计加工了几何相似比为1：5的RH真空循环脱气水模拟系统,利用水模型试验进行两因素（喷吹角度和吹氩流量）作用下三水平的水模...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
RH真空精炼工作原理示意图
第２章ＲＨ真空精炼过程循环流量与混合特性的物理模拟??精炼装置为原型，保证模型与原型的凡何相似，取原型与模型的几何相似比为５：１，用??有机玻璃制作成水模型进行试验，图２．１为ＲＨ真空精炼装置原型的尺寸及用有机玻璃??制作的水模型整体图。??ｉＬ１?心与ＰＴ?１?…＾巧?Ｉ?ｒ?ＩＩ??Ｉ?Ｉ?－－－－Ｔ－－－－－－车＾?＇Ｉ？！＊—?－ｌ－ｌｌ??ｉ??－ｔ—?１１?Ｉ?ｉ??Ｉ?＾?—］?Ｂｒ??Ｕ??４半－……－－?ｙ?ｉ??Ｉｌｌ?ＩＩ?，ｐ＂??Ｉ尘．」ｕ?ｌｊｌＪＥ２＾ＥＳｉ??图２．１?ＲＨ真空精炼装置原型尺寸及水模型整体图??（ａ）?ＲＨ真空精炼装置原型尺寸！脚ＲＨ模型整体图??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ＲＨ?ｖａｃｕｕｍ?ｒｅｆｉｎｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ＲＨ?ｗａｔｅｒ?ｍｏｄｅｌ??图２．２为ＲＨ真空精炼试验系统示意图，整个装置由ＲＨ及钢包水模型、气源系统、??气体分配器及输送管路、真空系统、计量系统和检测系统组成。真空系统包括真空累??（２Ｘ－１５型一台）、真空计和调节阀。气源系统由一台空压机供压缩空气模拟驱动气体。??测量仪表包括玻璃转子流量计（ＬＺＢ型）测气体流量、ＰＩＶ测液体流速、电导电极、真??空压力表、电导率仪（ＤＤＳ－１１Ｃ型）和多通道数据记录仪等。??——拍ＡＶ??Ａ?４??６?广?又??—？?Ｉ?口??〇１?Ｉ?????質凹丄??图２．２试验系统不意图??１－钢包；２—供气端：３－真空室；４－真空抽取：??５－示踪剂；６—电导率仪；７－计算
Ｈ下降管出口处的Ｒｅ超过１０４，属于第二自模化区范围，只要保证原型与模型在管处的打数相等，即可保证二者的动力学相似Ｗ。??．３丄１几何相似??本试验Ｗ某钢厂１８０ｔ?ＲＨ真空精炼装置为原型，保证模型与原型的几何相似，原型与模型的几何相似比为５：１，用有机玻璃制作成水模型进行试验，钢包和ＲＨ型主要参数及尺寸见表２．１。??表２．１钢包和ＲＨ水模型主要参数及尺寸??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｄｌｅ?ａｎｄ?ＲＨ?ｍｏｄｅｌ?ｍｍ???測试装置?钢包部分?ＲＨ部分??上口直姪￣底部直径￣真空室直径真空室长度插入管径￣￣插入管长￣￣浸入深度??原型?３０００?２巧２?４３４０?１７化?５１５２?３６０?１５９５?４３０??模型?６００?５１８?８６８?３５７?１０３０?１１２?３１９?９０??（１）喷嘴数量及其布置。工况条件下，１０个喷嘴在插入管上分上下两层，毎层，每两喷嘴间夹角为７２°。两层轴线错开％°形成互补，叠加后宏观效果相当于１０嘴均匀布置（喷嘴间夹角为％°），其喷嘴具体布置形式见图２．３。??上巧坎布Ｓ?下巧巧布置??
【参考文献】：
期刊论文
[1]侧底复吹RH精炼装置内的钢液流场及循环流量[J]. 耿佃桥,雷洪,赫冀成. 东北大学学报(自然科学版). 2011(08)
[2]RH真空精炼过程循环流量的水模型研究[J]. 欧洪林,包燕平,岳峰,林路. 特殊钢. 2011(03)
[3]Periodic flow characteristics during RH vacuum circulation refining[J]. Xin-gang Ai 1),Yan-ping Bao 1),Wei Jiang 2),Jian-hua Liu 1),Peng-huan Li 1),and Tai-quan Li 1) 1) Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2) Journals Publishing Center,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2010(01)
[4]RH真空精炼吹氩参数对循环流动影响的数值分析[J]. 王晓冬,王维娜. 真空科学与技术学报. 2009(06)
[5]RH真空精炼循环流动流场结构的数值模拟[J]. 王晓冬,王维娜. 东北大学学报(自然科学版). 2009(10)
[6]RH精炼循环流量优化的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吴华杰,马鑫,贾楠. 特殊钢. 2009(03)
[7]RH精炼过程钢液流动行为与循环流量数值模拟[J]. 孙亮,艾立群,赵俊花,黄宗泽. 钢铁钒钛. 2009(02)
[8]不同浸渍管参数下RH装置内钢液流动行为[J]. 耿佃桥,雷洪,赫冀成. 钢铁. 2008(02)
[9]RH精炼炉工艺[J]. 吕铭,付博,孟宪俭,王洪军,倪培亮. 莱钢科技. 2007(01)
[10]RH真空精炼工艺与装备技术的发展[J]. 刘浏. 钢铁. 2006(08)
博士论文
[1]鼓泡塔反应器气液两相流数值模拟模型及应用[D]. 李光.华东理工大学 2010
[2]RH真空精炼过程的数学物理模拟[D]. 耿佃桥.东北大学 2010
[3]气液（浆）反应器流体力学行为的实验研究和数值模拟[D]. 王铁峰.清华大学 2004
硕士论文
[1]吹氩条件对RH真空精炼循环流动影响的数值研究[D]. 闫熠.东北大学 2012
[2]RH处理过程钢液流动行为数值模拟研究[D]. 孙亮.河北理工大学 2009
[3]RH真空脱气过程循环流动的数值模拟[D]. 王维娜.东北大学 2008
本文编号：3115953
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
RH真空精炼工作原理示意图
第２章ＲＨ真空精炼过程循环流量与混合特性的物理模拟??精炼装置为原型，保证模型与原型的凡何相似，取原型与模型的几何相似比为５：１，用??有机玻璃制作成水模型进行试验，图２．１为ＲＨ真空精炼装置原型的尺寸及用有机玻璃??制作的水模型整体图。??ｉＬ１?心与ＰＴ?１?…＾巧?Ｉ?ｒ?ＩＩ??Ｉ?Ｉ?－－－－Ｔ－－－－－－车＾?＇Ｉ？！＊—?－ｌ－ｌｌ??ｉ??－ｔ—?１１?Ｉ?ｉ??Ｉ?＾?—］?Ｂｒ??Ｕ??４半－……－－?ｙ?ｉ??Ｉｌｌ?ＩＩ?，ｐ＂??Ｉ尘．」ｕ?ｌｊｌＪＥ２＾ＥＳｉ??图２．１?ＲＨ真空精炼装置原型尺寸及水模型整体图??（ａ）?ＲＨ真空精炼装置原型尺寸！脚ＲＨ模型整体图??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ＲＨ?ｖａｃｕｕｍ?ｒｅｆｉｎｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ＲＨ?ｗａｔｅｒ?ｍｏｄｅｌ??图２．２为ＲＨ真空精炼试验系统示意图，整个装置由ＲＨ及钢包水模型、气源系统、??气体分配器及输送管路、真空系统、计量系统和检测系统组成。真空系统包括真空累??（２Ｘ－１５型一台）、真空计和调节阀。气源系统由一台空压机供压缩空气模拟驱动气体。??测量仪表包括玻璃转子流量计（ＬＺＢ型）测气体流量、ＰＩＶ测液体流速、电导电极、真??空压力表、电导率仪（ＤＤＳ－１１Ｃ型）和多通道数据记录仪等。??——拍ＡＶ??Ａ?４??６?广?又??—？?Ｉ?口??〇１?Ｉ?????質凹丄??图２．２试验系统不意图??１－钢包；２—供气端：３－真空室；４－真空抽取：??５－示踪剂；６—电导率仪；７－计算
Ｈ下降管出口处的Ｒｅ超过１０４，属于第二自模化区范围，只要保证原型与模型在管处的打数相等，即可保证二者的动力学相似Ｗ。??．３丄１几何相似??本试验Ｗ某钢厂１８０ｔ?ＲＨ真空精炼装置为原型，保证模型与原型的几何相似，原型与模型的几何相似比为５：１，用有机玻璃制作成水模型进行试验，钢包和ＲＨ型主要参数及尺寸见表２．１。??表２．１钢包和ＲＨ水模型主要参数及尺寸??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｄｌｅ?ａｎｄ?ＲＨ?ｍｏｄｅｌ?ｍｍ???測试装置?钢包部分?ＲＨ部分??上口直姪￣底部直径￣真空室直径真空室长度插入管径￣￣插入管长￣￣浸入深度??原型?３０００?２巧２?４３４０?１７化?５１５２?３６０?１５９５?４３０??模型?６００?５１８?８６８?３５７?１０３０?１１２?３１９?９０??（１）喷嘴数量及其布置。工况条件下，１０个喷嘴在插入管上分上下两层，毎层，每两喷嘴间夹角为７２°。两层轴线错开％°形成互补，叠加后宏观效果相当于１０嘴均匀布置（喷嘴间夹角为％°），其喷嘴具体布置形式见图２．３。??上巧坎布Ｓ?下巧巧布置??
【参考文献】：
期刊论文
[1]侧底复吹RH精炼装置内的钢液流场及循环流量[J]. 耿佃桥,雷洪,赫冀成. 东北大学学报(自然科学版). 2011(08)
[2]RH真空精炼过程循环流量的水模型研究[J]. 欧洪林,包燕平,岳峰,林路. 特殊钢. 2011(03)
[3]Periodic flow characteristics during RH vacuum circulation refining[J]. Xin-gang Ai 1),Yan-ping Bao 1),Wei Jiang 2),Jian-hua Liu 1),Peng-huan Li 1),and Tai-quan Li 1) 1) Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2) Journals Publishing Center,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2010(01)
[4]RH真空精炼吹氩参数对循环流动影响的数值分析[J]. 王晓冬,王维娜. 真空科学与技术学报. 2009(06)
[5]RH真空精炼循环流动流场结构的数值模拟[J]. 王晓冬,王维娜. 东北大学学报(自然科学版). 2009(10)
[6]RH精炼循环流量优化的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吴华杰,马鑫,贾楠. 特殊钢. 2009(03)
[7]RH精炼过程钢液流动行为与循环流量数值模拟[J]. 孙亮,艾立群,赵俊花,黄宗泽. 钢铁钒钛. 2009(02)
[8]不同浸渍管参数下RH装置内钢液流动行为[J]. 耿佃桥,雷洪,赫冀成. 钢铁. 2008(02)
[9]RH精炼炉工艺[J]. 吕铭,付博,孟宪俭,王洪军,倪培亮. 莱钢科技. 2007(01)
[10]RH真空精炼工艺与装备技术的发展[J]. 刘浏. 钢铁. 2006(08)
博士论文
[1]鼓泡塔反应器气液两相流数值模拟模型及应用[D]. 李光.华东理工大学 2010
[2]RH真空精炼过程的数学物理模拟[D]. 耿佃桥.东北大学 2010
[3]气液（浆）反应器流体力学行为的实验研究和数值模拟[D]. 王铁峰.清华大学 2004
硕士论文
[1]吹氩条件对RH真空精炼循环流动影响的数值研究[D]. 闫熠.东北大学 2012
[2]RH处理过程钢液流动行为数值模拟研究[D]. 孙亮.河北理工大学 2009
[3]RH真空脱气过程循环流动的数值模拟[D]. 王维娜.东北大学 2008
本文编号：3115953
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