底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究

炼钢 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (5): 49-59.

底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究

秦绪锋1，2，3，王凤良1，程常桂3，李阳3，卫卫1，金焱3

(1.无锡巨力重工股份有限公司，江苏无锡 214111；
2.上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海 200444；
3.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，湖北武汉 430081)

出版日期:2024-10-05 发布日期:2024-09-25

Numerical study on flow and interfacial heat transfer behavior in a ladle with bottom argon injection

Online:2024-10-05 Published:2024-09-25

摘要/Abstract

摘要： 钢包底吹氩是二次精炼中的常用手段，在均匀温度和成分、促进钢渣界面反应、去除夹杂物等方面效果显著，然而底吹氩在搅拌钢液的同时会加剧壁面耐材熔损，降低钢液洁净度，影响钢包寿命和使用安全性。采用数值模拟的方法研究了底吹氩钢包内钢渣流动及固液间传热行为，分析了单孔和双孔吹氩下气泡上浮及钢渣界面行为，对比了钢包不同结构界面处温度分布，探讨了吹氩量对钢包内流动传热及界面温度分布的影响。结果表明：底吹氩钢包内气泡羽流呈倒锥状分布，随着距渣眼距离的增加，钢渣界面速度和温度逐渐降低；同一气量下，相较于单孔吹氩，双孔吹氩下气泡羽流扩张角增大，渣眼面积减小，钢渣界面最大速度和湍动能较小；钢包不同结构界面温度由内向外逐渐降低，各界面渣线高度位置和底部存在较大的温度梯度；底吹氩所形成的局部循环流会导致工作层壁面的近钢渣界面位置形成高温热点区域。增大吹氩量，壁面高温热点区域温度和范围增大，近钢渣界面壁面的最大周向温差在20 K左右，双孔吹氩模式和低吹氩量有利于减小壁面周向温差。

关键词: 钢包, 底吹氩, 流动, 界面传热, 数值模拟

秦绪锋, 王凤良, 程常桂, 李阳, 卫卫, 金焱. 底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究[J]. 炼钢, 2024, 40(5): 49-59.

[1]	周梓沫, 胡暑名, 刘婷, 赵晓波, 吕宪雨, 戴方钦. 拉速和吹氩量对板坯结晶器内气液两相流动的影响[J]. 炼钢, 2024, 40(6): 52-61.
[2]	王书桓, 王向翠, 赵定国, 赵帅, 吕博, 陈晨. 气泡在钢包冶金中行为与作用的研究进展[J]. 炼钢, 2024, 40(5): 1-17.
[3]	罗康, 辛同泽, 魏代春, 王栋, 王峥, 王敏, . 120 t转炉顶底复吹过程多相流数值模拟研究[J]. 炼钢, 2024, 40(5): 29-37.
[4]	杨泽宇, 杨健, 李贇通, 林芷清. 基于数学物理模拟和高温测速的拉速对吹氩结晶器流场行为的影响[J]. 炼钢, 2024, 40(5): 69-80.
[5]	贾星宇, 赵烁, 汤群伟, 陈刚, 李伟涛, 唐海燕, 张家泉. 150 t单水口钢包出钢过程汇流旋涡影响因素研究[J]. 炼钢, 2024, 40(4): 65-73.
[6]	李曜光, 陈卫强, 曹学欠, 樊伟亮. 大圆坯连铸宏观偏析形成过程的数值模拟[J]. 炼钢, 2024, 40(3): 56-65.
[7]	邢飞, 朱苗勇, 郑淑国. 采用气幕挡墙感应加热中间包的模拟研究[J]. 炼钢, 2024, 40(2): 65-71.
[8]	李伟峰, 赵腾, 张明, 符姣姣, 王广收. RH底喷粉精炼过程数值模拟研究[J]. 炼钢, 2024, 40(1): 39-46.
[9]	晏颖, 孙伟, 贾舒渊, 商少伟, 吴志豪, 欧阳德刚, 贺铸, . KR法中桨叶结构对搅拌效率影响的数值模拟研究[J]. 炼钢, 2023, 39(6): 8-14.
[10]	朱燕玉, 任志峰, 张红旭, 李怡宏. 150 t底吹钢包渣钢卷混行为模拟[J]. 炼钢, 2023, 39(5): 41-47.
[11]	王家辉, 方庆, 赵鹏, 李米佳, 谢旭琦, 张华. 四流感应加热中间包冶金行为优化模拟[J]. 炼钢, 2023, 39(5): 57-67.
[12]	全齐, 屈天鹏, 秦俊山, 陈刚, 王德永, 田俊, 李向龙. 连铸中间包内流体运动形态模型分析研究[J]. 炼钢, 2023, 39(4): 37-47.
[13]	郎茂信, 刘和平, 轩阳, 李相臣, 袁旭东, 曹青. 转炉底吹流量对气柱长度影响的数值模拟[J]. 炼钢, 2023, 39(3): 16-24.
[14]	单庆林, 孙宇, 段豪剑, 李中华, 贾宁, 陈威. 210 t钢包底吹气过程传输现象的水模型研究[J]. 炼钢, 2023, 39(3): 35-43.
[15]	李键, 卢金霖, 罗志国, 邹宗树, . 中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟[J]. 炼钢, 2023, 39(3): 52-57.