RH真空精煉過程氣液兩相流動行為及氣泡驅動效率的研究
發(fā)布時間：2021-04-02 21:01
RH真空精煉是一個涉及氣液兩相流動、傳熱傳質和化學反應等復雜的冶金過程,其循環(huán)脫氣是通過吹入氬氣驅動鋼液來實現的,吹氬條件及氬氣泡在鋼液中的流動行為對精煉效率的影響至關重要。在實際生產過程中,各操作參數及結構對循環(huán)精煉效率的具體影響難以準確測量和定量研究。因此,通過物理模擬與數值模擬相結合的辦法來研究RH真空精煉過程已成為開發(fā)RH新工藝、新裝置模型的主要手段,進而達到提高精煉效率的目的。本文采用水模型模擬實驗和計算流體力學（CFD）數值模擬相結合的方法,將氣泡聚并、破碎等微觀行為與氣泡驅動效率等宏觀特性相聯系,并考慮了吹氬角度和吹氬流量兩因素對循環(huán)流動效率的協同影響,對RH精煉過程中多相流動和混合特性以及氣泡驅動效率作了深入研究。此外,在傳統RH真空精煉裝置基礎上提出了兩種新型浸漬管截面形狀的單純底吹真空循環(huán)精煉裝置,以及一種新型浸漬管截面形狀的側底復吹真空循環(huán)精煉裝置模型,并進行了物理及數值模擬,本文主要研究工作如下：（1）以某鋼廠180tRH真空精煉裝置為原型,設計加工了幾何相似比為1：5的RH真空循環(huán)脫氣水模擬系統,利用水模型試驗進行兩因素（噴吹角度和吹氬流量）作用下三水平的水模...
【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：123 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
RH真空精煉工作原理示意圖
第２章ＲＨ真空精煉過程循環(huán)流量與混合特性的物理模擬??精煉裝置為原型，保證模型與原型的凡何相似，取原型與模型的幾何相似比為５：１，用??有機玻璃制作成水模型進行試驗，圖２．１為ＲＨ真空精煉裝置原型的尺寸及用有機玻璃??制作的水模型整體圖。??ｉＬ１?心與ＰＴ?１?…＾巧?Ｉ?ｒ?ＩＩ??Ｉ?Ｉ?－－－－Ｔ－－－－－－車＾?＇Ｉ？�。�?－ｌ－ｌｌ??ｉ??－ｔ—?１１?Ｉ?ｉ??Ｉ?＾?—］?Ｂｒ??Ｕ??４半－……－－?ｙ?ｉ??Ｉｌｌ?ＩＩ?，ｐ＂??Ｉ塵．」ｕ?ｌｊｌＪＥ２＾ＥＳｉ??圖２．１?ＲＨ真空精煉裝置原型尺寸及水模型整體圖??（ａ）?ＲＨ真空精煉裝置原型尺寸！腳ＲＨ模型整體圖??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ＲＨ?ｖａｃｕｕｍ?ｒｅｆｉｎｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ＲＨ?ｗａｔｅｒ?ｍｏｄｅｌ??圖２．２為ＲＨ真空精煉試驗系統示意圖，整個裝置由ＲＨ及鋼包水模型、氣源系統、??氣體分配器及輸送管路、真空系統、計量系統和檢測系統組成。真空系統包括真空累??（２Ｘ－１５型一臺）、真空計和調節(jié)閥。氣源系統由一臺空壓機供壓縮空氣模擬驅動氣體。??測量儀表包括玻璃轉子流量計（ＬＺＢ型）測氣體流量、ＰＩＶ測液體流速、電導電極、真??空壓力表、電導率儀（ＤＤＳ－１１Ｃ型）和多通道數據記錄儀等。??——拍ＡＶ??Ａ?４??６?廣?又??—？?Ｉ?口??〇１?Ｉ?????質凹丄??圖２．２試驗系統不意圖??１－鋼包；２—供氣端：３－真空室；４－真空抽�。�??５－示蹤劑；６—電導率儀；７－計算
Ｈ下降管出口處的Ｒｅ超過１０４，屬于第二自�；瘏^(qū)范圍，只要保證原型與模型在管處的打數相等，即可保證二者的動力學相似Ｗ。??．３丄１幾何相似??本試驗Ｗ某鋼廠１８０ｔ?ＲＨ真空精煉裝置為原型，保證模型與原型的幾何相似，原型與模型的幾何相似比為５：１，用有機玻璃制作成水模型進行試驗，鋼包和ＲＨ型主要參數及尺寸見表２．１。??表２．１鋼包和ＲＨ水模型主要參數及尺寸??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｄｌｅ?ａｎｄ?ＲＨ?ｍｏｄｅｌ?ｍｍ???測試裝置?鋼包部分?ＲＨ部分??上口直姪￣底部直徑￣真空室直徑真空室長度插入管徑￣￣插入管長￣￣浸入深度??原型?３０００?２巧２?４３４０?１７化?５１５２?３６０?１５９５?４３０??模型?６００?５１８?８６８?３５７?１０３０?１１２?３１９?９０??（１）噴嘴數量及其布置。工況條件下，１０個噴嘴在插入管上分上下兩層，毎層，每兩噴嘴間夾角為７２°。兩層軸線錯開％°形成互補，疊加后宏觀效果相當于１０嘴均勻布置（噴嘴間夾角為％°），其噴嘴具體布置形式見圖２．３。??上巧坎布Ｓ?下巧巧布置??
【參考文獻】：
期刊論文
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[3]Periodic flow characteristics during RH vacuum circulation refining[J]. Xin-gang Ai 1),Yan-ping Bao 1),Wei Jiang 2),Jian-hua Liu 1),Peng-huan Li 1),and Tai-quan Li 1) 1) Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2) Journals Publishing Center,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2010(01)
[4]RH真空精煉吹氬參數對循環(huán)流動影響的數值分析[J]. 王曉冬,王維娜. 真空科學與技術學報. 2009(06)
[5]RH真空精煉循環(huán)流動流場結構的數值模擬[J]. 王曉冬,王維娜. 東北大學學報(自然科學版). 2009(10)
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[7]RH精煉過程鋼液流動行為與循環(huán)流量數值模擬[J]. 孫亮,艾立群,趙俊花,黃宗澤. 鋼鐵釩鈦. 2009(02)
[8]不同浸漬管參數下RH裝置內鋼液流動行為[J]. 耿佃橋,雷洪,赫冀成. 鋼鐵. 2008(02)
[9]RH精煉爐工藝[J]. 呂銘,付博,孟憲儉,王洪軍,倪培亮. 萊鋼科技. 2007(01)
[10]RH真空精煉工藝與裝備技術的發(fā)展[J]. 劉瀏. 鋼鐵. 2006(08)
博士論文
[1]鼓泡塔反應器氣液兩相流數值模擬模型及應用[D]. 李光.華東理工大學 2010
[2]RH真空精煉過程的數學物理模擬[D]. 耿佃橋.東北大學 2010
[3]氣液（漿）反應器流體力學行為的實驗研究和數值模擬[D]. 王鐵峰.清華大學 2004
碩士論文
[1]吹氬條件對RH真空精煉循環(huán)流動影響的數值研究[D]. 閆熠.東北大學 2012
[2]RH處理過程鋼液流動行為數值模擬研究[D]. 孫亮.河北理工大學 2009
[3]RH真空脫氣過程循環(huán)流動的數值模擬[D]. 王維娜.東北大學 2008
本文編號：3115953
【文章來源】：東北大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：123 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
RH真空精煉工作原理示意圖
第２章ＲＨ真空精煉過程循環(huán)流量與混合特性的物理模擬??精煉裝置為原型，保證模型與原型的凡何相似，取原型與模型的幾何相似比為５：１，用??有機玻璃制作成水模型進行試驗，圖２．１為ＲＨ真空精煉裝置原型的尺寸及用有機玻璃??制作的水模型整體圖。??ｉＬ１?心與ＰＴ?１?…＾巧?Ｉ?ｒ?ＩＩ??Ｉ?Ｉ?－－－－Ｔ－－－－－－車＾?＇Ｉ？�。�?－ｌ－ｌｌ??ｉ??－ｔ—?１１?Ｉ?ｉ??Ｉ?＾?—］?Ｂｒ??Ｕ??４半－……－－?ｙ?ｉ??Ｉｌｌ?ＩＩ?，ｐ＂??Ｉ塵．」ｕ?ｌｊｌＪＥ２＾ＥＳｉ??圖２．１?ＲＨ真空精煉裝置原型尺寸及水模型整體圖??（ａ）?ＲＨ真空精煉裝置原型尺寸！腳ＲＨ模型整體圖??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ?ＲＨ?ｖａｃｕｕｍ?ｒｅｆｉｎｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?ＲＨ?ｗａｔｅｒ?ｍｏｄｅｌ??圖２．２為ＲＨ真空精煉試驗系統示意圖，整個裝置由ＲＨ及鋼包水模型、氣源系統、??氣體分配器及輸送管路、真空系統、計量系統和檢測系統組成。真空系統包括真空累??（２Ｘ－１５型一臺）、真空計和調節(jié)閥。氣源系統由一臺空壓機供壓縮空氣模擬驅動氣體。??測量儀表包括玻璃轉子流量計（ＬＺＢ型）測氣體流量、ＰＩＶ測液體流速、電導電極、真??空壓力表、電導率儀（ＤＤＳ－１１Ｃ型）和多通道數據記錄儀等。??——拍ＡＶ??Ａ?４??６?廣?又??—？?Ｉ?口??〇１?Ｉ?????質凹丄??圖２．２試驗系統不意圖??１－鋼包；２—供氣端：３－真空室；４－真空抽�。�??５－示蹤劑；６—電導率儀；７－計算
Ｈ下降管出口處的Ｒｅ超過１０４，屬于第二自�；瘏^(qū)范圍，只要保證原型與模型在管處的打數相等，即可保證二者的動力學相似Ｗ。??．３丄１幾何相似??本試驗Ｗ某鋼廠１８０ｔ?ＲＨ真空精煉裝置為原型，保證模型與原型的幾何相似，原型與模型的幾何相似比為５：１，用有機玻璃制作成水模型進行試驗，鋼包和ＲＨ型主要參數及尺寸見表２．１。??表２．１鋼包和ＲＨ水模型主要參數及尺寸??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ａｎｄ?ｍａｉｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｄｌｅ?ａｎｄ?ＲＨ?ｍｏｄｅｌ?ｍｍ???測試裝置?鋼包部分?ＲＨ部分??上口直姪￣底部直徑￣真空室直徑真空室長度插入管徑￣￣插入管長￣￣浸入深度??原型?３０００?２巧２?４３４０?１７化?５１５２?３６０?１５９５?４３０??模型?６００?５１８?８６８?３５７?１０３０?１１２?３１９?９０??（１）噴嘴數量及其布置。工況條件下，１０個噴嘴在插入管上分上下兩層，毎層，每兩噴嘴間夾角為７２°。兩層軸線錯開％°形成互補，疊加后宏觀效果相當于１０嘴均勻布置（噴嘴間夾角為％°），其噴嘴具體布置形式見圖２．３。??上巧坎布Ｓ?下巧巧布置??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]側底復吹RH精煉裝置內的鋼液流場及循環(huán)流量[J]. 耿佃橋,雷洪,赫冀成. 東北大學學報(自然科學版). 2011(08)
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[4]RH真空精煉吹氬參數對循環(huán)流動影響的數值分析[J]. 王曉冬,王維娜. 真空科學與技術學報. 2009(06)
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[6]RH精煉循環(huán)流量優(yōu)化的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吳華杰,馬鑫,賈楠. 特殊鋼. 2009(03)
[7]RH精煉過程鋼液流動行為與循環(huán)流量數值模擬[J]. 孫亮,艾立群,趙俊花,黃宗澤. 鋼鐵釩鈦. 2009(02)
[8]不同浸漬管參數下RH裝置內鋼液流動行為[J]. 耿佃橋,雷洪,赫冀成. 鋼鐵. 2008(02)
[9]RH精煉爐工藝[J]. 呂銘,付博,孟憲儉,王洪軍,倪培亮. 萊鋼科技. 2007(01)
[10]RH真空精煉工藝與裝備技術的發(fā)展[J]. 劉瀏. 鋼鐵. 2006(08)
博士論文
[1]鼓泡塔反應器氣液兩相流數值模擬模型及應用[D]. 李光.華東理工大學 2010
[2]RH真空精煉過程的數學物理模擬[D]. 耿佃橋.東北大學 2010
[3]氣液（漿）反應器流體力學行為的實驗研究和數值模擬[D]. 王鐵峰.清華大學 2004
碩士論文
[1]吹氬條件對RH真空精煉循環(huán)流動影響的數值研究[D]. 閆熠.東北大學 2012
[2]RH處理過程鋼液流動行為數值模擬研究[D]. 孫亮.河北理工大學 2009
[3]RH真空脫氣過程循環(huán)流動的數值模擬[D]. 王維娜.東北大學 2008
本文編號：3115953
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