本文關(guān)鍵詞：夾雜物穿越鋼渣界面過程運(yùn)動行為研究

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【摘要】：鋼液中夾雜物的去除對提高鋼材質(zhì)量具有重要意義,作為夾雜物去除的最后一個環(huán)節(jié)——夾雜物穿越鋼渣界面進(jìn)入渣層,不僅影響著夾雜物的去除效率,而且在某些情況下還會成為夾雜物去除的限制環(huán)節(jié)。 本文針對“夾雜物穿越鋼渣界面進(jìn)入渣層”這一環(huán)節(jié)展開研究,基于夾雜物在鋼液中、鋼渣界面以及鋼渣中的運(yùn)動和受力分析,成功建立了新的夾雜物界面運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,并通過物理模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的合理性和正確性。該模型將以往數(shù)學(xué)模型的雷諾數(shù)適用范圍由0Re1擴(kuò)大為Re0,同時將夾雜物的運(yùn)動區(qū)域由鋼渣界面擴(kuò)大為包含鋼液、鋼渣界面以及鋼渣在內(nèi)的連續(xù)區(qū)域,有效補(bǔ)充和完善了夾雜物界面運(yùn)動數(shù)學(xué)模型。 利用本文數(shù)學(xué)模型,系統(tǒng)研究了各個因素(夾雜物特性、鋼液特性、鋼渣特性和界面特性)對夾雜物穿越鋼渣界面運(yùn)動行為的影響。研究表明：夾雜物穿越鋼渣界面的能力,因夾雜物粒徑、夾雜物密度、夾雜物潤濕性增加而增加,因鋼渣粘度、鋼渣界面張力增加而減小,隨著鋼液密度、鋼液粘度和鋼渣密度的增加幾乎不變�；诒疚牡匿撘�、鋼渣和夾雜物特性,夾雜物穿越鋼渣界面的臨界粒徑為236μm,小于該粒徑的夾雜物無法穿越鋼渣界面,最終停留在鋼渣界面R(1+cosθ)的位置。 根據(jù)本文建立的夾雜物界面運(yùn)動數(shù)學(xué)模型,利用FLUENT軟件實(shí)現(xiàn)固體和多相流動的耦合,建立了夾雜物界面運(yùn)動行為數(shù)值模擬模型,觀察并分析了夾雜物界面運(yùn)動軌跡以及鋼渣界面波動情況,發(fā)現(xiàn)夾雜物穿越鋼渣界面的過程對鋼渣界面波動影響很大,不可忽略,為以后數(shù)學(xué)模型的改進(jìn)提供了研究方向。 為了檢驗(yàn)鋼渣界面作用對夾雜物去除的影響,以100t RH為研究對象,將PBM模型、夾雜物碰撞模型和本文夾雜物界面運(yùn)動數(shù)學(xué)模型相結(jié)合,成功建立了夾雜物碰撞長大、上浮運(yùn)動、穿越鋼渣界面全過程的數(shù)值模擬模型。研究發(fā)現(xiàn)：①鋼渣界面作用對RH中夾雜物去除過程的影響比較明顯,冶煉600s時,有無鋼渣界面作用的夾雜物去除率差值為2.56%,②鋼渣界面對小粒徑夾雜物的阻礙作用大于大粒徑；③最佳驅(qū)動氣體流量為60Nm3/h,該氣體流量下鋼渣界面夾雜物最少；④對于粒徑為16μm～161.27μm的夾雜物,鋼渣界面對夾雜物的阻礙作用因氣體流量增加,不斷減小,對于其它粒徑的夾雜物,鋼渣界面對夾雜物的阻礙作用因氣體流量增加幾乎不變。
【關(guān)鍵詞】：夾雜物 鋼渣界面 運(yùn)動行為 數(shù)學(xué)模型 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF703.54
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 引言13-14
• 2 文獻(xiàn)綜述14-41
• 2.1 鋼中夾雜物概述14-20
• 2.1.1 夾雜物種類及特性14-16
• 2.1.2 夾雜物對鋼材性能的影響16-19
• 2.1.3 鋼鐵產(chǎn)品對夾雜物的要求19-20
• 2.2 鋼液中夾雜物運(yùn)動行為20-29
• 2.2.1 夾雜物形成機(jī)理21-22
• 2.2.2 夾雜物之間相互作用的運(yùn)動行為22-25
• 2.2.3 夾雜物和氣泡之間作用行為25-29
• 2.3 鋼渣界面夾雜物運(yùn)動行為29-34
• 2.4 夾雜物運(yùn)動行為的研究現(xiàn)狀及展望34-36
• 2.5 選題背景及研究內(nèi)容36-41
• 2.5.1 選題背景及意義36-38
• 2.5.2 研究內(nèi)容及思路38-39
• 2.5.3 創(chuàng)新點(diǎn)39-41
• 3 夾雜物穿越鋼渣界面運(yùn)動模型41-73
• 3.1 夾雜物運(yùn)動狀態(tài)分析41-46
• 3.1.1 低雷諾數(shù)夾雜物運(yùn)動42-43
• 3.1.2 高雷諾數(shù)夾雜物運(yùn)動43-44
• 3.1.3 中等雷諾數(shù)夾雜物運(yùn)動44-46
• 3.2 鋼渣界面夾雜物穿越行為數(shù)學(xué)模型46-61
• 3.2.1 數(shù)學(xué)模型假設(shè)46
• 3.2.2 夾雜物受力分析46-52
• 3.2.3 夾雜物運(yùn)動數(shù)學(xué)模型建立52-59
• 3.2.4 數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法59-61
• 3.3 夾雜物穿越鋼渣界面行為物理模型61-67
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)原理61-64
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備64-66
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果66-67
• 3.4 數(shù)學(xué)模型對比及驗(yàn)證67-71
• 3.4.1 數(shù)學(xué)模型結(jié)果及驗(yàn)證68-69
• 3.4.2 數(shù)學(xué)模型對比分析69-71
• 3.5 小結(jié)71-73
• 4 夾雜物穿越鋼渣界面運(yùn)動影響因素73-125
• 4.1 夾雜物特性對穿越界面運(yùn)動行為的影響73-86
• 4.1.1 夾雜物粒徑的影響73-80
• 4.1.2 夾雜物密度的影響80-86
• 4.2 鋼液特性對夾雜物穿越界面運(yùn)動行為影響86-96
• 4.2.1 鋼液密度的影響86-91
• 4.2.2 鋼液粘度的影響91-96
• 4.3 鋼渣特性對夾雜物在鋼渣界面運(yùn)動行為影響96-107
• 4.3.1 鋼渣密度的影響98-101
• 4.3.2 鋼渣粘度的影響101-107
• 4.4 界面特性對夾雜物在鋼渣界面運(yùn)動行為影響107-119
• 4.4.1 鋼渣界面張力的影響107-113
• 4.4.2 夾雜物潤濕性的影響113-119
• 4.5 各因素影響綜合分析119-123
• 4.5.1 各因素影響效果對比119-120
• 4.5.2 夾雜物運(yùn)動行為和渣成分關(guān)系120-123
• 4.6 小結(jié)123-125
• 5 夾雜物穿越鋼渣界面運(yùn)動數(shù)值模擬研究125-144
• 5.1 FLUENT中流體流動125-126
• 5.1.1 流體流動控制方程125-126
• 5.1.2 鋼渣界面跟蹤方法126
• 5.2 動網(wǎng)格技術(shù)126-129
• 5.2.1 動網(wǎng)格控制方程126-128
• 5.2.2 動網(wǎng)格模型在FLUENT中的兼容性128
• 5.2.3 動網(wǎng)格再生方法128-129
• 5.3 數(shù)值模擬模型129-132
• 5.3.1 計算區(qū)域129-130
• 5.3.2 網(wǎng)格劃分130-131
• 5.3.3 初始條件131
• 5.3.4 邊界條件131-132
• 5.4 模擬結(jié)果及分析132-143
• 5.4.1 夾雜物界面穿越行為Ⅰ數(shù)值模擬結(jié)果132-135
• 5.4.2 夾雜物界面穿越行為Ⅱ數(shù)值模擬結(jié)果135-138
• 5.4.3 夾雜物界面穿越行為Ⅲ數(shù)值模擬結(jié)果138-140
• 5.4.4 夾雜物界面穿越行為Ⅳ數(shù)值模擬結(jié)果140-143
• 5.5 小結(jié)143-144
• 6 RH中夾雜物運(yùn)動行為數(shù)值模擬研究144-175
• 6.1 流體流動及湍流控制144-145
• 6.2 夾雜物運(yùn)動模型145-152
• 6.2.1 PBM模型及夾雜物分布145-148
• 6.2.2 夾雜物碰撞模型148-150
• 6.2.3 夾雜物穿越界面控制模型150-152
• 6.3 數(shù)值模擬模型建立152-153
• 6.3.1 幾何模型152
• 6.3.2 網(wǎng)格劃分152-153
• 6.3.3 計算方法及邊界條件153
• 6.4 RH流場分布數(shù)值模擬結(jié)果153-155
• 6.4.1 RH流場分布數(shù)值模擬方案153-154
• 6.4.2 驅(qū)動氣體流量流場對RH流場的影響154-155
• 6.5 夾雜物運(yùn)動行為數(shù)值模擬結(jié)果155-170
• 6.5.1 RH中夾雜物分布模擬結(jié)果155-161
• 6.5.2 鋼渣界面作用對夾雜物分布影響161-163
• 6.5.3 鋼渣界面作用對夾雜物去除率的影響163-164
• 6.5.4 驅(qū)動氣體流量對鋼渣界面夾雜物分布的影響164-167
• 6.5.5 驅(qū)動氣體流量對鋼渣界面作用效果的影響167-170
• 6.6 RH中夾雜物分布結(jié)果驗(yàn)證170-173
• 6.6.1 實(shí)際生產(chǎn)中夾雜物分布變化結(jié)果170-172
• 6.6.2 夾雜物分析結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比172-173
• 6.7 小結(jié)173-175
• 7 結(jié)論175-177
• 8 研究展望177-178
• 參考文獻(xiàn)178-187
• 附錄A 夾雜物類型及分布結(jié)果187-192
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果192-197
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集197

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：606010