钢包底喷粉增碳数值模拟及实验研究

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现代炉外精炼中最重要的冶金反应大多都是在钢包中进行的,包括脱硫、脱氧、脱碳、合金化、合金成分微调、脱气、去除非金属夹杂和变质处理及温度控制。而炉外精炼中,钢包底吹技术发展更为迅速,已经成为炼钢工艺不可缺少的重要环节。目前大多数钢厂冶炼中高碳钢时,传统炼钢增碳是在出钢过程中进行的,存在碳的收得率低,成分控制精度低,热损失大等问题。顶喷粉增碳工艺具有良好的动力学条件,其增碳效果要比传统工艺好。但是顶喷粉工艺存在喷溅现象严重、金属损耗大、喷枪污染钢液、处理时间长、温降大、投资高、二次氧化和吸氮严重等诸多缺点。结合喷粉技术和钢包底吹技术,本文提出钢包底喷粉增碳工艺。本文先通过数值模拟的方法,以包钢90t钢包为研究对象,建立合适的数学模型和边界条件,采用合理假设和简化,应用商业软件FLUENT进行钢包底喷粉时钢液和氩气的两相流模拟,研究在不同的透气砖安放位置及氩气吹气量下,钢包内钢液的流动形态,对比分析流场效果,找出最佳喷吹参数。得出最佳喷吹参数后,进行了1t感应炉底喷粉增碳实验。数值模拟结果表明,采用双透气砖进行钢包底喷粉增碳时,透气砖安放位置对钢液流动形态有很大影响,随着透气砖之间距离和夹角的减小,流场的流动形态有所改善,双透气砖位于二分之一包底半径处呈45°对称分布时,钢包内钢液流场形态最佳,熔池内死区比例最小;氩气流量对钢液流场形态影响不大,随着氩气流量的增加,只是增加了钢液的绝对速度,但是氩气流量大小对钢液面速度和熔池内死区的影响很大,氩气流量范围在60m3/h到100m3/h之间时,液面的钢液流动较稳定,氩气搅拌功率利用较好,熔池内死区所占比例较小。1t感应炉底喷粉实验结果表明,应用底喷粉系统进行钢液增碳时,在实验设备及实验操作等条件不成熟的条件下,碳的平均收得率可以达到70%以上,进一步判定了底喷粉增碳工艺的可行性。
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