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包钢精炼炉（LF）钢液流动影响的数值物理模拟研究

作　者: 冯磊
导　师: 陈义胜
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: LF炉 数值物理模拟 流场 水力学模拟
分类号: TF769
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 98次
引　用: 2次
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内容摘要


随着炼钢技术的不断发展,对连铸钢的清洁度和铸坯质量的要求也越来越高。对LF精炼炉内钢液的流场进行研究和分析,以保证钢液流动状态的合理性具有相当重要的理论依据和实际意义。本文针对包钢新建150t LF精炼炉,利用数学模型和水模型模拟,系统研究了LF吹氩过程中不同喷吹位置以及不同吹氩量对钢液流动行为的影响,为新建钢包确定最佳的喷吹位置以及适宜的吹氩量范围提供了理论依据;计算了不同条件下钢包内部钢液温度的分布情况,为连铸工序提供具有理想温度的钢水奠定了技术基础。本文采用自编程序利用连续性方程,Navier-Stokes方程和湍流模型,建立了描述吹氩搅拌LF炉内钢液三维流动的数学模型,利用SIMPLE计算方法得出了描述钢包内部钢液流动的流场程序。利用流场程序,分别模拟了双孔喷吹时不同位置以及不同吹氩量下,钢包中速度场的分布。利用已经得到的速度场,求解三维非稳态能量方程,模拟出钢液内部温度场的分布并得到了钢包单独吹氩和电极加热过程中钢液温度变化曲线。水模型实验以相似原理为基础,利用修正的弗鲁德准数相等,建立1:4缩小比例模型进行实验研究。本实验所使用的钢包由有机玻璃制成,底吹气体采用空压机供给空气来模拟氩气,由流量计调节底吹气体流量。研究喷吹位置和吹氩量对混匀时间的影响,确定合适的喷吹位置和吹氩量,验证数学模拟结果的可靠性。在数学模拟的基础上,结合水模型实验得到的结论,提出对包钢新建150t LF精炼炉喷口位置以及吹氩量的优化设计。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
引言  10-11
1 文献综述  11-27
  1.1 LF 炉概述  11-14
    1.1.1 LF 技术的历史与现状  11
    1.1.2 LF 炉精炼原理  11-12
    1.1.3 LF 精炼功能  12-14
    1.1.4 LF 精炼效果  14
  1.2 LF 炉研究理论及方法  14-18
    1.2.1 LF 炉精炼理论基础  14-15
    1.2.2 LF 炉气体行为  15
    1.2.3 LF 炉钢液流动行为  15-16
    1.2.4 LF 炉温度场的研究  16-18
    1.2.5 对流换热系数的计算  18
  1.3 数值模拟技术在钢包炉中的发展与应用  18-21
    1.3.1 数值模拟在钢包炉中的发展  18-19
    1.3.2 描述流动的三种数学模型  19-20
    1.3.3 数值模拟在钢包中的应用  20-21
  1.4 物理实验的模拟研究  21-27
    1.4.1 气液两相区的研究  21-22
    1.4.2 气相体积分率的获得  22-24
    1.4.3 混合时间的数理研究方法  24-25
    1.4.4 水力模型的研究方法—相似原理  25-26
    1.4.5 流场显示及流速测量的实验技术  26-27
  1.5 选题的目的和意义  27
2. LF 炉钢液循环流动的流场模拟  27-45
  2.1 数学模型的建立  27-30
    2.1.1 基本假设  27-28
    2.1.2 气泡模型  28-29
    2.1.3 流场数学模型的建立  29-30
    2.1.4 边界条件  30
  2.2 计算方法  30-32
    2.2.1 网格划分  30-31
    2.2.2 求解方法  31-32
    2.2.3 计算条件  32
  2.3 喷吹位置的确定  32-41
  2.4 喷吹范围的确定  41-44
  2.5 本章结论  44-45
3. LF 炉钢液混匀时间的水模实验  45-51
  3.1 实验原理  45
  3.2 实验模型和方法  45-46
  3.3 实验方案  46-48
    3.3.1 水模型参数  46-47
    3.3.2 实验内容  47-48
  3.4 实验结果与分析  48-50
  3.5 本章结论  50-51
4.LF 炉钢液循环流动的温度场模拟  51-56
  4.1 温度场模型的建立  51-52
    4.1.1 基本假设  51
    4.1.2 数学模型  51
    4.1.3 边界条件  51-52
  4.2 温度场模拟结果  52-55
    4.2.1 钢包静置时的温度场  52
    4.2.2 钢包单独吹氩时的温度场  52-54
    4.2.3 钢包加电极时的温度场  54-55
  4.3 本章结论  55-56
结论  56-57
参考文献  57-60
在学研究成果  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 钢液二次精炼和炉外处理
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