LF吹氩模式优化剖析.ppt

随着气流量的增加，湍流剪切碰撞作用增强，并变成夹杂物聚合长大的主导作用。另外，湍流随机碰撞作用逐渐增强，而 Stokes上浮碰撞作用逐渐减弱。 夹杂物碰撞聚合机理 100NL/min 200 NL/min 200 NL/min ●吹气搅拌初期，夹杂物去除主要是由气泡尾涡捕捉和气泡-夹杂物浮力碰撞起主导作用 ●吹气搅拌中期和后期，随着夹杂物聚合长大，气泡-夹杂物湍流随机碰撞作用逐渐增强，并逐渐成为夹杂物去除的主要方式。 夹杂物去除机理 中心单吹、偏心单吹、双嘴吹的影响 ● 喷嘴由中心移到偏心，气泡群向壁面弯曲，增大气泡停留时间，气泡-夹杂物浮力碰撞和气泡尾涡捕捉夹杂物作用有所增强。但由于气泡柱中湍动能的降低，气泡-夹杂物湍流碰撞作用明显降低。 ●双孔喷吹时，气泡在钢包中的分散性更好，气泡-夹杂物浮力碰撞和气泡尾涡扑捉作用明显增加。 总的来说，在相同吹气条件下，双孔喷吹去夹杂物效果最好，单孔偏心去夹杂物效果最差。 中心 偏心 双孔 ● 当45deg 被采用时，两个气泡柱流股距离很近，并相互吸引重叠，气泡利用率较低，且气泡柱中心的湍动能也相对较低。因而夹杂物总去除率最低。 ● 随着角度的增加，两个气泡流逐渐分离，且流股中心湍动能也逐渐增大，因而夹杂物总的去除速率增加。 ●角度超过135deg时，夹杂物去除效果相差不大。 喷嘴布置角度的影响 45 deg 90 deg 135deg 喷嘴径向距离的影响 0.3R 0.5R 0.7R ●当0.3R被采用时，气泡流股相互重叠，且流股中心湍动能最弱，因而夹杂物的去除率最低。 ●随着径向距离的增加，气泡流股逐渐分散，且流股中心湍动能逐渐增强，夹杂物去除率逐渐增强。 ●当径向距离超过0.7R时，气泡流股受到壁面阻挡，气泡分散性较差，夹杂物去除率降低。 气流量的影响 随着气流量的增加，夹杂物去除率逐渐增加，但当气流量超过300NL/min时，夹杂物去除率变化较小。 较低吹气流量下, 夹杂物-夹杂物湍流剪切碰撞和Stokes碰撞是夹杂物聚合长大的主导因素。 随吹气流量的增加，湍流剪切碰撞作用逐渐增强并成为夹杂物聚合长大的主导机理，当气流量超过100 NL/min时，湍流随机碰撞聚合变得更重要。 采用CFD-PBM 耦合模型描述了底吹氩钢包中的气泡湍流行为、夹杂物传输、碰撞聚合及去除行为，揭示了不同条件下各个机理和现象在夹杂物聚合、去除行为的作用规律。 吹气搅拌初期，夹杂物去除主要是由气泡尾涡扑捉和气泡-夹杂物浮力碰撞起主导作用。 吹气搅拌中期和后期，随着夹杂物的聚合长大，气泡-夹杂物湍流随机碰撞作用增强，并成为夹杂物去除的主导方式。 相同吹气量下，双孔底吹的夹杂物去除效果最好，单孔偏心底吹夹杂物去除效果最差。当底吹双孔布置在距中心距离0.6R圆环，且分离角度为135deg 时，夹杂物去除效率最好。 随着气流量的增加，夹杂物去除率逐渐增加，但当气流量超过300NL/min时，夹杂物去除率变化不大。 * * * * * * * * * * 第*页 第*页 第*页 第*页 第*页 第*页 第*页 第*页 第*页 第*页 LF吹氩精炼过程计算机模拟仿真 朱苗勇 myzhu@mail.neu.edu.cn LF吹氩过程夹杂物行为的模拟 ●湍流流动 ●喷吹模式 ●夹杂物的性质 Schematic representation of gas-stirred ladles 圆台型钢包内的计算流场与实测流场比较 a 钢包中某位置的浓度随时间的变化 示踪剂不同加入位置时，6种喷吹方式下钢包内混合时间的计算值和平均实测值 气泡流行为 夹杂物行为 钢包吹氩 气含率分布 钢液流动 钢液湍流脉动 夹杂物传输 夹杂物的碰撞聚合 夹杂物的去除 吹氩精炼钢包内夹杂物行为 夹杂物-夹杂物湍流 随机碰撞 夹杂物行为 气泡流行为 气泡分布 钢液流场 钢液湍流脉动 夹杂物传输 夹杂物碰撞聚合 夹杂物去除 气泡湍流扩散力 夹杂物-夹杂物 Stokes 碰撞效率 气泡尾涡捕捉 渣圈影响 气泡诱导湍流 前人未考虑的现象和机理 夹杂物-气泡湍流 随机碰撞 1 气泡湍流扩散力 — a 湍流扩散力对熔池气含率分布的影响: a 不考虑 , b 考虑 . b — ●钢包中气含率分布对气泡流行为和夹杂物去除行为有着重要的影响。 ●Euler–Euler 模型中, 由于气泡湍流扩散现象被忽略，前人预测的气泡群主要呈圆柱形态分布。 湍流扩散力 是气泡滑移速度，表示液体湍流脉动对气泡扩散的影响。 2 气泡诱导湍流 气泡诱导湍流对熔池液体湍动能的影响 a 不考虑 , b 考虑 a b m2/s2 m2/s2 ●钢液湍流流动对夹杂物传输、碰撞