LF钢包炉吹氩过程中钢液混匀时间模拟研究

钢包钢包底吹氩实验方案1吹氩精炼的影响因素氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间等因素有关。

1.1吹氩量搅拌气体进入熔池时，首先在喷嘴上形成气泡。

在气流动能的推动下到液相中，分散成无数的小气泡而上浮，同时在高温钢水中气体被加热而膨胀，从而产生了强烈的搅拌作用。

随着吹气量的增加，搅拌强度增大，而吹气量的增加是有一个I临界值的，如果吹气量超过某一临界值，吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓的贯穿流，容易引起钢水发生喷溅，造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液内部。

造成对钢液的污染。

另外当吹氩量偏低时，就限制了氩气的精炼作用，从而使氨气的脱氧、去气和保护钢水的作用都得不到充分发挥。

吹入气量是与吹气压力、吹气喷嘴结构等因素有关，可由试验决定。

在生产中通常根据不冲破钢包渣层裸鼹钢水为原则来确定吹气量和压力。

1.2氩气压力氩气的压力大，搅动力也大，气泡上升速度快，但压力过大时，氩气流涉及范围越来越少，氩气泡与钢液的接触面减小，而且如压力过大时，气体会迅速地冲出钢液，要冲破钢液上覆盖的渣层，使钢液受到大气的氧化，对精炼效果反而不利。

为此要求吹入的氩气压力不要太大，一般以能克服钢液的静压力，刚好能在透气砖表面上形成气泡为合适。

如钢液深，刚所需的氢气压力大，反之，所需氩气压力小。

理想状态是使氩气流遍布全钢包，增加接触面积和延长氩气流上升的流程和时间。

1.3吹氩时间目前，普遍认为吹氩时问不宣太长，否则钢液温度下降太多，且由于耐材受冲刷而使非金属夹杂物出现率增加，但吹氩时间不足，气体及非金属夹杂物不能很好地去除，吹氩效果不明显。

所以必须根据现场实际生产情况，以及要达到的精炼效果，从而确定合适的吹氩时间。

2实验原理物理模拟的理论基础是相似原理。

应用相似原理建立模型和进行实验时，必须保证两系统几何相似、物理相似。

对于钢包底吹氩系统来说，引起体系内流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力，因此保证模型与原型的修正弗鲁德准数相等，就能基本上保证它们的动力相似，根据这一原则，选用修正的Fr’,就可以确定模型中吹气量的范围。

钢包底吹氩模拟研究进展摘要本文介绍了，钢包底吹氩的原理、钢包底吹氩存在的问题及影响因素以及提高低吹成功率的改进措施。

并且简略介绍了两种水模方法：⑴.钢包底吹氩水模实验研究，其结论为：示踪剂偏向中心位置加入，混匀时间较短；对于同样的底部送气量，两块透气砖对称分布在同一直径上时，混匀时间较短；混匀时间随气体流量的增大而减少；⑵.钢包底吹氩性能优化水模型实验。

关键词钢包底吹氩水模混匀时间Progress of Simulation Studies of Argon Blowing from Bottom of LadleAbstract This paper introduces the principle of Argon Blowing from Bottom of Ladle,the existing questions of Argon Blowing from Bottom of Ladle and factors of influences.It also contains the improved measures to increase the success rates.And it introduces two kinds of water mould briefly: ⑴.The research of the experimental water mould,the conclusion is that tracer is turned to the center position.The time of blending is much shorter.To the same as the number of gases of blowing from bottom.The tworent bricks are distributed into the same diameter symmetrically.The time of blending is much shorter; With the number of blowing gases increasing,the time of blending id reducing.⑵.The experimented water mould of performance optimization of argon blowing from bottom of ladle.Key words ladle,argon blowing from bottom,water mould,time of blending钢包吹氩是目前国内外采用最广泛的一种炉外精炼方法，目前我国的转炉配连铸的车间，一般都配有钢包吹氩设施。

LF底吹氩流场数值模拟研究1 数学模型的建立1.1模型基本假设1)假定液相为连续相，气相为离散相，初始状态下熔池中充满液相；2)熔池上边面忽略渣层影响，视为自由液面；3)假定液相为不可压缩粘性流体，熔池内液相流动视为稳态；4)气液两相区满足全浮力模型。

气泡浮力是驱动钢液循环流动的驱动力，两相区外钢液密度不变；5)泡为大小均匀，具有同一直径(d b)的球体，本文取2mm；6)忽略温度和浓度场对流场的影响。

1.2 模型边界条件(1)熔池表面：钢液直接与气相接触，表面压力为大气压，表面切应力忽略不计。

平行熔池表面的速度分量和其它标量梯度为0。

气相到达熔池表面进入大气，液相则不允许离开体系。

(2)固体壁面：所有固体壁面对速度、压力为无滑移边界条件，近壁面处动量及标量的输运方程有标准壁面函数确定。

.(3)入口：钢包底部吹氩气孔采用速度入口边界，且速度均匀分布。

1.3 网格划分图1.1 钢包模型的计算网格如图1所示，根据现场提供的设计图纸，建立LF熔池深度为2.41m的钢包模型，并采用GAMBIT划分六面体网格，网格总数控制在120 000左右。

1.4 数值求解钢液在底吹氩钢包内的流动是一个复杂的湍流流动过程，遵循三大守恒定律：质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律，要求计算满足质量守恒方程、能量守恒方程和动量方程即纳维尔—斯托克斯(Navier-Stokes)方程(简称为N-S)方程等控制方程。

本研究采用商业CFD软件欧拉-欧拉多相流模型来模拟计算LF 吹氩搅拌下钢液的流场，具体控制方程可参见文献。

2 数值模拟结果与分析2.1 现场工艺的模拟计算LF底吹氩气体流量根据精炼要求不同而采用两种模式，一种是精炼造渣采用较大的气体流量；另外一种均匀温度和成分、促进夹杂上浮进行软吹的而采用较小的气体流量模式。

根据现场提供的工艺参数，模拟计算现场条件下两种模式下的钢包流场。

2.1.1 精炼造渣的流场计算图2.1为精炼造渣氩气流量为200NL/min时LF炉不同截面流场图。

LF 是一种拥有电弧加热装置的炉外精炼方法，于 1971 年由日本特殊钢公司提出，它也被叫做钢包加热炉。

LF 主体是一个带有底吹氩的钢包，来自转炉或者电炉的钢液(无渣)注入到该钢包内，然后钢包被吊车吊运到钢包车上，运往 LF 处理工位。

在水冷炉盖下方提供三相电极，盖上水冷炉盖，加入高碱度的复合渣，然后通电，那末常压下即可达到埋弧加热的效果。

由于 LF 处理方法提供电弧加热、复合渣精炼，吹氩搅拌和合金微调等功能，因此 LF 精炼可达到以下冶金目的：1)通过还原气氛中高碱度复合渣的精炼， LF 有很高的脱硫和脱氧能力，钢液中硫含量和溶解氧可降低到 20PPm 以下，此外夹杂物也可有效的去除。

2) 钢液电弧加热调整钢液温度，加速复合渣熔化；3) 底吹氩方式达到钢液成份和温度的混匀；4) 依靠自动加料系统对钢液进行成份微调。

转炉出钢1) 钢包条件钢包应当干净，不附带任何残存炉渣；此外，换包周期不能多于4 小时，否则钢包必须烘烤加热到 1000-1200℃。

钢包内残存钢液或者炉渣会引起钢包温降，失去的热量需 LF 处理补偿，这些因素在 LF 电脑模型中都需要考虑进去。

2) 挡渣转炉出钢需要进行挡渣，众所周知转炉顶吹终点，钢液中存在一定含量的溶解氧，它与渣中氧保持平衡。

渣中FeO 和 P O 含量很高。

2 5当还原剂加入钢包钢液中溶解氧含量降低，钢渣间的氧平衡被打破，渣中 FeO 含量减小。

因为炉渣的氧化性降低，发生回磷现象。

因此为了阻挠钢液回磷和保证稳定的 LF 加热过程，转炉出钢要求挡渣。

3)合金和造渣剂的添加为保证钢液成份，出钢过程中需加入合金和还原剂。

LF 加热过程钢包精炼工艺包括几个过程，彼此间相互关联。

对于不同钢种，加热操作不尽相同，且处理过程参数均有相关的标准计算模型。

步骤 A：搅拌当钢包抵达 LF 处理位，接通自动快换接头向钢包提供氩气，根据钢种选择不同的吹氩模式。

a) 吹氩量： 150~300Nl/min步骤 B：混匀依据钢种提供不同的混匀方法a) 吹氩量： 300~600Nl/minb) 还原剂：硅铁，铝丸不同混匀模式中，还原剂用量是一定的 (~TS).这个步骤分为两个加热阶段，第一阶段持续 1 分钟，加热速度越慢越好，温度上升大约3℃/min，这是起弧阶段。

专利名称：一种LF炉钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：彭高献
申请号：CN201911194214.6
申请日：20191128
公开号：CN110989406A
公开日：
20200410
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种LF炉钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法，属于炼钢自动化设备领域。

位于钢包外侧设有金属探测器，钢包的炉盖上布置上升和下降限位接触器；钢包的底端设有底吹氩气端口；所述的底吹氩气端口通过氩气气管与氩流量控制阀相连；金属探测器的信号输出端与信号控制模块的信号接入端相连通；信号控制模块与氩流量控制阀相连且控制氩流量量控制阀作动；炉盖上的限位信号输出端与信号控制模块的信号接入端相连通；信号控制模块通过外部输入控制端接入。

本发明提供的钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法，该系统通过金属探测器信号、炉盖限位信号、氩流量量控制阀信号对钢包进行检测并利用检测信号进行自动软搅拌。

申请人：张家港宏昌钢板有限公司,江苏沙钢集团有限公司
地址：215625 江苏省苏州市张家港市锦丰镇沙钢科技大楼
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：李想
更多信息请下载全文后查看。

钢包精炼炉(LF)钢液流动的数学物理模拟与优化朱立光;王硕明;段云祥;梁玫;张建设;黄永建【期刊名称】《特殊钢》【年(卷),期】2005(026)006【摘要】应用相似原理和流体力学理论,利用电导率法和PHOENICS平台对钢包精炼炉(上、下口直径分别为2 310 mm和1 984 mm,内腔高2 620 mm,透气砖直径104 mm)钢液流动状态进行了水模拟和数学模拟,由实验和计算结果得出,离钢包底中心520 mm#底吹位置比离中心354 mm的1#位置获得的流场和均匀时间更合理,在≤300 L/min时,随吹气量增大,混匀时间减少,但＞300 L/min时,继续增大吹气量,混匀时间不再变化.40 t BOF-LF-CC生产结果表明,采用优化工艺后,钢中全氧量降低2×10-6,达到15.2×10-6,钢中夹杂物也显著减少.【总页数】4页(P10-13)【作者】朱立光;王硕明;段云祥;梁玫;张建设;黄永建【作者单位】河北理工大学冶金工程学院,唐山,063009;河北理工大学冶金工程学院,唐山,063009;河北理工大学冶金工程学院,唐山,063009;石家庄钢铁公司技术中心,石家庄,050031;石家庄钢铁公司技术中心,石家庄,050031;石家庄钢铁公司技术中心,石家庄,050031【正文语种】中文【中图分类】TF7【相关文献】1.70t连铸中间包内钢液流动的物理模拟 [J], 徐其言;刘辉;周俐2.基于示踪剂法板坯连铸40 t中间包内钢液流动行为的物理模拟 [J], 倪国龙;艾立群;赵定国;冯聚和;王书桓3.挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟 [J], 李洋;金焱;冯学武;常正昇;金业磊4.三流中间包钢液流动行为的数学物理模拟 [J], 王伟先;代传民;张红伟;雷洪5.带有顶渣的LF钢包炉熔池流动的数学物理模拟研究 [J], 郭长庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

LaFe合金在底吹氩钢包内熔化混匀的数值模拟研究
刘玉宝;王举金;杨文;刘风琴;李亚琼;崔凌霄;张洋
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2022(36)21
【摘要】为研究LaFe合金在氩气搅拌钢液中的熔化混匀现象,本研究首先采用欧拉-拉格朗日法建立了吹氩过程钢液流场的计算模型,然后在流场模型的基础上建立了合金熔化和混匀模型,并研究了吹氩制度、合金品位对合金熔化混匀的影响。

结果表明,LaFe合金的品位影响其密度,进而影响其在钢液中的熔化行为;合金熔化时间与其品位存在近似线性关系,品位越高,熔化时间越短;双孔吹氩最有利于合金混匀,其次为单孔偏心吹氩,中心吹氩情况下钢包底部难以得到有效混匀;合金品位越高,其混匀时间越短,在吹氩位置为靠近壁面的0.8倍半径处,吹氩流量为100 NL/min条件下,纯La的最大混匀时间短于300 s,而20LaFe和50LaFe的最大混匀时间均长于320 s,在综合考虑合金收得率的前提下应尽可能提高合金品位,以缩短混匀所需时间。

【总页数】7页(P177-183)
【作者】刘玉宝;王举金;杨文;刘风琴;李亚琼;崔凌霄;张洋
【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院;包头稀土研究院白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室;瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心;北方工业大学机械与材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】TF1
【相关文献】
1.65t钢包底吹氩过程混匀时间模拟研究
2.LF钢包炉吹氩过程中钢液混匀时间模拟研究
3.钢包底吹氩对混匀影响的水模实验
4.底吹氩钢包内三维流场的数值模拟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

双孔底吹氩150 t LF精炼炉搅拌特性模拟庞赟佶;陈义胜;张怀军;陈俊俊;冯磊;郝帅【期刊名称】《宁夏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)003【摘要】针对包钢150 t LF炉精炼过程中双孔吹氩搅拌钢液问题,按1∶4比例搭建水模型实验平台,选取吹气量、加料位置和吹气孔布置为实验因素,以混匀时间作为评价指标,根据现场条件确定各因素下的水平数进行实验研究;运用计算流体力学原理,以Fortran语言为编程工具,采用全浮力模型对多个工况下钢液的流动进行模拟研究.研究表明:双孔吹气条件下,吹气量、加料位置和吹气孔布置对钢液的混匀过程均有一定影响;双孔夹角越小越有利于钢液的成分和温度均匀;加料位置应在搅拌对称面的流动活跃区加入.【总页数】5页(P342-346)【作者】庞赟佶;陈义胜;张怀军;陈俊俊;冯磊;郝帅【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;包钢技术中心,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TF769.2【相关文献】1.双孔护镜门闸顶泄流水动力特性与流态特征的三维数值模拟研究 [J], 臧英平;沃玉报;曾诚;王玲玲;薛晓鹏2.双出口孔射流气膜冷却换热特性数值模拟 [J], 李广超;张魏;吴冬3.聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟 [J], 谢明辉;周国忠;孟山雅;王冰;杜叔良4.双搅拌高效澄清萃取槽澄清室流动特性的数值模拟 [J], 吕超;张子木;赵秋月;张廷安5.150 t LF炉单孔底吹氩搅拌特性研究 [J], 庞赟佶;陈义胜;张怀军;陈俊俊;冯磊;郝帅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

吹氩搅拌的实践2008-10-27 20:33:22 作者：zhaoluo 来源：制钢参考网浏览次数：202 文字大小：【大】【中】【小】从转炉出到钢包的钢水，在钢包内钢水温度分布是不均匀的，由于包衬吸热和钢包表面的散热，在包衬周围钢水温度较低，而钢包中心区域温度较高。

如25t钢包，上、下层温差为70～100℃，50t为60～70℃。

这样如把钢水注入中间包，由于中间包衬的吸热再加上钢包底部钢水温度较低，就会造成中间包钢水温度降低过大而接近液相线温度，导致水口冻钢，浇注中断。

另外，钢包上、下部钢水温度低而中间温度高的特点，也会导致浇注过程中中间包钢水温度前、后期低，中期温度高，这样会引起结晶器坯壳生长厚度的不均匀性，同时对铸坯内部质量也有不利影响。

因此，各厂都规定供给连铸的钢水必须进行钢包吹氩气搅拌，以使浇注过程中钢水温度稳定均匀。

吹氩气搅拌已成为保证连铸钢水质量必要的技术措施。

钢包吹氩气搅拌钢水的目的是：⑴均匀钢水温度：对25t钢包吹氩搅拌钢水试验表明，吹氩气1min降温约10℃。

吹气搅拌后浇注前、中期中间包钢水温度差平均为3℃；而未吹气搅拌的炉次，前、中期钢水温差为14℃。

这说明吹气搅拌促使钢包上、下钢水温度的均匀。

⑵均匀钢水成分；出钢时在钢包内加入大量的铁合金（如硅锰、硅铁等），吹氩搅拌可使钢水成分均匀。

⑶促使夹杂物碰撞上浮，如某厂30t钢包吹氩3min，氧化物夹杂平均减少28%，总氧含量降低17.5%。

吹氩时，吹气压力和流量的控制应以不使钢水裸露翻腾为原则，否则钢水二次氧化严重，而且会使钢中氮和夹杂物含量有所增加。

钢包吹氩气搅拌的吹气流量和吹气压力的确定：吹气流量和压力的选择是影响钢包吹气搅拌效果的一个重要参数。

吹入钢水中的气体，分散成无数的小气泡而上浮，同时，在高温钢水中气体被加热而膨胀，这样产生的上浮力，抽引相当于吹入气体体积50～100倍钢水进行循环流动，从而产生了强烈的搅拌作用。

随着吹气量的增加，搅拌强度增大。