关键词：
转炉炼钢
废钢
物理模拟
数值模拟
废钢间隙
摘要：
转炉炼钢的主要原料为高炉铁水和废钢,随着铁矿资源和焦煤资源的消耗及环保压力的日益增加,铁水的生产成本逐步升高;另一方面,近年来中国废钢存储量日渐增多,对转炉冶炼废钢比提出新的要求。转炉废钢比增加时,不仅对转炉热量平衡产生影响,亦会对熔池流动产生影响,而熔池搅拌则会影响整个冶炼过程的顺行。因此,本论文以某钢厂250吨转炉为研究对象,利用物理模拟和数学模拟的方法,研究转炉熔池中的废钢对熔池的底吹搅拌影响,探究废钢量,废钢分布方式,底吹布置和废钢间隙等因素对熔池搅拌的影响,明确加入废钢后的转炉熔池流动规律,为高废钢比转炉冶炼提供工艺参考。首先利用物理模拟,研究转炉冶炼过程中轻重废钢加入和重废钢的分布方式对熔池流体流动的影响,研究结果表明:轻废钢和重废钢对熔池混匀影响不同,加入轻废钢,熔池混匀时间随废钢量增加而增加,底吹流量为50 L/min时,加入20和60 t废钢熔池混匀时间分别比无废钢时上升48.60%和134.70%。加入重废钢时,废钢在熔池中的分布方式会影响熔池钢液流动,从而影响熔池混匀时间。重废钢在炉底集中分布时,熔池混匀时间随废钢量增加而增加,随底吹气体流量增加而降低。过量底吹气体可能对熔池搅拌有负面影响,底吹流量较大时(40L/min),熔池混匀时间上升。底吹气体流量为25 L/min、重废钢均匀分布时,熔池混匀时间在废钢加入量为40和60 t时比20 t时分别降低30.13%和12.93%。废钢倾侧分布时,形成了非对称搅拌,增加了熔池水平横向流动,一定程度上有利于熔池混匀。相同供气量(25 L/min)下,40 t废钢均匀分布和倾侧分布的混匀时间比集中分布时分别低38.87%和41.01%。利用数学模型对转炉中废钢集中分布时的熔池特征进行研究。在物理模型的基础上,用数学模型分析了废钢对气液两相区速度分布、熔池死区与低速区体积和气体利用率等影响规律。随着废钢量的增加,底吹形成的气液两相区开始向炉壁处偏移。当底吹气量50 L/min时,气液两相区最大速度由0.24 m/s增至0.40m/s。随着废钢量的增加,熔池“低速区”体积比逐步减小,当加入40 t废钢时,低速区体积减少72.31%。熔池中随着底吹气量增大,熔池获得动能增加,但气体能量利用率降低。熔池中废钢量为60 t,底吹气量增加为25、40和50 L/min时,底吹气体能量利用率比气量15 L/min时分别下降2.98%、6.27%和8.68%。当熔池中加入废钢时,随着废钢量的增加,气体能量利用率上升。底吹气量25L/min,熔池中废钢增加为10,20,40和60 t,气体能量利用率分别增加2.48%、1.72%、25.19%、41.41%。废钢量较大时,底吹气体利用率出现较大幅度上升。现场冶炼过程中,部分底吹由于操作或其它原因出现非对称吹气现象,从而使熔池产生非对称流动,废钢在熔池中的分布亦会影响熔池流动。因此,本文通过数值模拟的手段对非对称熔池流动中废钢间隙钢液流动进行研究,熔池中非对称流动有利于促进废钢间隙钢液流动,在实际中有利于废钢熔化。从模拟结果可以看出,非对称吹气条件下,随着一侧底吹流量的减少,熔池中开始产生明显的水平流动的现象,非对称底吹对熔池水平方向上的流体流动影响较大,并随着非对称流动加剧,废钢间隙之间水平流量继续增大;废钢竖直方向的间隙流量随底吹气量减小而减小。
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