D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.07.037 第31卷第7期 北京科技大学学报 Vol.31 No.7 2009年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2009 RH精炼过程钢液流动数值模拟和应用 张琳孙彦辉朱进锋许中波蔡开科 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要结合某钢厂RH精炼装置，运用数值模拟的方法对脱气时的流场进行了计算，得出了该型号RH装置在该厂操作条 件下的流场，并成功解释了操作中遇到的一些现象。利用实践生产中的经验公式与数据对模拟结果进行了验证，结果表明模 拟结果可靠，最后利用该模型计算了RH内钢液的湍动能耗散情况以及钢液循环流量与吹Ar量的关系，并给出了最佳吹Ar 量的控制范围. 关键词精炼：流场；混合特性：数值模拟 分类号TF769.4 Numerical simulation of liquid steel flowing in RH refining process and its appli- cation ZHA NG Lin,SUN Yan-hui,ZHU Jin-feng,XU Zhong-bo:CAI Kai-ke School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT A mathematical simulation of flow field in the vacuum chamber and ladle during RH degassing was carried out in com- bination with the RH refining equipment of a steel company.Based on the simulation results some phenomenon during degassing oper- ation can be explained.Proved by the formula and data obtained from the practice the simulation result is reliable.Finally,the model was used to calculate the turbulent dissipation rate field and the relation of circulation flow rate in the RH device with the quantity of Ar blowing.and the optimum quantity of gas blowing for the RH refining process was suggested. KEY WORDS refining:flow field:mixing characteristics:numerical simulation RH脱气装置自1959年问世和投产至今，己由 一步的理解并为确定合理的过程工艺和操作参数提 最初单纯的具备脱气功能扩展为一种还能去除碳、 供必要的信息和依据. 氧、硫和夹杂物，以及调整钢液温度和成分等的多功 1数学模型的建立 能精炼设备，RH精炼反应的关键性限制环节在于 钢液的循环流动和混合·成分和温度的均匀化、精 1.1假设条件 炼反应的速度和效果等都与钢液的流动和混合密切 在RH设备中，由于气泡的提升、搅拌和真空度 相关，国内外对RH钢液的循环流动和混合虽己做 抽吸作用以及温度场变化对流动的影响，钢液的流 过大量的研究)，但大多集中于研究某单一的RH 动状态为复杂的湍流，为了便于建立模型，特作以 过程，针对多功能RH装置的研究尚不多见，而且不 下假设： 同生产线上的RH装置所起的作用也不尽相同，因 (1)不考虑温度场对流动的影响； 此对RH循环与混合特征的研究必须结合实际的生 (2)气泡的浮力是驱动钢液循环流动的主要驱 产需要，本文利用数值模拟的方法研究了某钢厂 动力81： 3O0t多功能RH装置内钢液的流动和混合特性以 (③)气液两相区采用均相流模型，其含气率由 及对去除钢中夹杂物的影响，以期对该过程获得进 经验公式]确定， 收稿日期：2008-07-31 作者简介：张琳(980一)，女，硕士研究生；孙彦辉(1971一)，男，副教授，E-mail:sunyanhui@metall.ustb-edu-cmRH 精炼过程钢液流动数值模拟和应用 张 琳 孙彦辉 朱进锋 许中波 蔡开科 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 摘 要 结合某钢厂 RH 精炼装置‚运用数值模拟的方法对脱气时的流场进行了计算‚得出了该型号 RH 装置在该厂操作条 件下的流场‚并成功解释了操作中遇到的一些现象．利用实践生产中的经验公式与数据对模拟结果进行了验证‚结果表明模 拟结果可靠．最后利用该模型计算了 RH 内钢液的湍动能耗散情况以及钢液循环流量与吹 Ar 量的关系‚并给出了最佳吹 Ar 量的控制范围． 关键词 精炼；流场；混合特性；数值模拟 分类号 TF769．4 Numerical simulation of liquid steel flowing in RH refining process and its appli￾cation ZHA NG Lin‚SUN Y an-hui‚ZHU Jin-feng‚XU Zhong-bo‚CAI Ka-i ke School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT A mathematical simulation of flow field in the vacuum chamber and ladle during RH degassing was carried out in com￾bination with the RH refining equipment of a steel company．Based on the simulation results some phenomenon during degassing oper￾ation can be explained．Proved by the formula and data obtained from the practice the simulation result is reliable．Finally‚the model was used to calculate the turbulent dissipation rate field and the relation of circulation flow rate in the RH device with the quantity of Ar blowing‚and the optimum quantity of gas blowing for the RH refining process was suggested． KEY WORDS refining；flow field；mixing characteristics；numerical simulation 收稿日期：2008-07-31 作者简介：张 琳（1980—）‚女‚硕士研究生；孙彦辉（1971—）‚男‚副教授‚E-mail：sunyanhui＠metall．ustb．edu．cn RH 脱气装置自1959年问世和投产至今‚已由 最初单纯的具备脱气功能扩展为一种还能去除碳、 氧、硫和夹杂物‚以及调整钢液温度和成分等的多功 能精炼设备．RH 精炼反应的关键性限制环节在于 钢液的循环流动和混合．成分和温度的均匀化、精 炼反应的速度和效果等都与钢液的流动和混合密切 相关．国内外对 RH 钢液的循环流动和混合虽已做 过大量的研究［1—7］‚但大多集中于研究某单一的 RH 过程‚针对多功能 RH 装置的研究尚不多见‚而且不 同生产线上的 RH 装置所起的作用也不尽相同‚因 此对 RH 循环与混合特征的研究必须结合实际的生 产需要．本文利用数值模拟的方法研究了某钢厂 300t 多功能 RH 装置内钢液的流动和混合特性以 及对去除钢中夹杂物的影响‚以期对该过程获得进 一步的理解并为确定合理的过程工艺和操作参数提 供必要的信息和依据． 1 数学模型的建立 1∙1 假设条件 在 RH 设备中‚由于气泡的提升、搅拌和真空度 抽吸作用以及温度场变化对流动的影响‚钢液的流 动状态为复杂的湍流．为了便于建立模型‚特作以 下假设： （1） 不考虑温度场对流动的影响； （2） 气泡的浮力是驱动钢液循环流动的主要驱 动力［8］； （3） 气液两相区采用均相流模型‚其含气率由 经验公式［9］确定． 第31卷 第7期 2009年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．7 Jul．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．07．037