中間包內(nèi)氣泡尺寸與分布的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著對鋼產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益提高，許多高性能鋼種的潔凈度要求也越來越高，降低鋼中的有害夾雜物，特別是5~20μm的微小夾雜物已成為煉鋼過程中急待解決的重要問題之一。目前通過對中間包設置控流裝置、采用透氣磚以及長水口控制合理的吹氬參數(shù)等方式可以比較容易的去除尺寸50μm以上的夾雜物，甚至對尺寸20~50μm的夾雜也能較好的去除，但是對于微小夾雜還難以去除。通過前人的研究分析發(fā)現(xiàn)利用氣泡法碰撞粘附去除微小夾雜是比較可行的方法，而該種方法的關(guān)鍵

2、問題是要在中間包內(nèi)得到尺寸微小且分布彌散的氣泡，提高氣泡與微小夾雜的碰撞概率，同時還須防止長水口注流區(qū)液面氣泡聚集而出現(xiàn)裸眼。因此對中間包內(nèi)氣泡的大小及分布情況的研究具有重要意義。
　　本文首先分析了氣泡碰撞粘附去除夾雜物的機理，得出了去除微小夾雜所需氣泡的合適尺寸范圍，研究結(jié)果表明：對于尺寸為5~20μm的微小夾雜物，氣泡碰撞粘附去除的限制性條件是氣泡與夾雜物的碰撞概率，而提高兩者之間的碰撞概率的關(guān)鍵因素是氣泡的尺寸大小。當氣泡

3、尺寸 mmDB?0.2時，5~20μm的夾雜物的去除效果幅度明顯增加。
　　運用DPM離散相模型數(shù)值模擬研究了中間包內(nèi)氣泡的尺寸大小與其在包內(nèi)的分布以及完全上浮的關(guān)系，研究表明：當包內(nèi)的氣泡尺寸大于0.3mm時，氣泡可以靠自身的浮力完全上浮，且只分布在中間包注流區(qū)附近，當包內(nèi)氣泡尺寸小于0.1mm時，氣泡的運動軌跡受鋼液流動的影響比較大，此時氣泡在中間包內(nèi)分布較為彌散。
　　在分析研究氣泡的破碎聚并機理及氣泡在中間包內(nèi)上浮的

4、基礎上，通過PBM模型模擬了從長水口上部注入不同尺寸大小的氣泡對中間包內(nèi)氣泡大小及分布的影響，數(shù)值模擬結(jié)果表明，包內(nèi)氣泡的大小及分布與注入的氣泡尺寸有很大關(guān)系，長水口注入的氣泡尺寸越小，氣泡在長水口內(nèi)長大的幅度越大，且隨鋼液流股沖擊中間包的沖擊深度越來越大，注流區(qū)外沿的氣泡尺寸要大于流股內(nèi)部的氣泡。氣泡的體積率隨著離注流區(qū)域距離的增加，呈指數(shù)倍降低。當中間包的氣泡尺寸較大時，氣泡在中間包注流區(qū)附近呈倒傘狀分布，其受鋼液流股運動影響的作用

5、減弱，不會隨著鋼液流入中間包深處，中間包的其他區(qū)域（除注流區(qū)）氣泡的的體積率越來越低，在中間包上浮區(qū)域體積率一般為e?5以上，在鋼液出口處體積率降到了e?9，氣泡基本不會隨鋼液進入到結(jié)晶器。
　　湍流器結(jié)構(gòu)對中間包內(nèi)氣泡大小及分布影響的數(shù)值模擬研究表明，中間包內(nèi)的湍流器能起到束縛鋼液渦體湍動能的作用，改變氣泡在中間包各個區(qū)域的尺寸大小和體積分布率。當長水口出口處的氣泡的尺寸很小時，湍流器能束縛渦體的湍動能,減緩氣泡在注流區(qū)的長大幅