第7期 张琳等：RH精炼过程钢液流动数值模拟和应用 823 径为0.5m,浸渍管下端至吹Ar口距离为0.75m, 降管出来的液流速度很大（吹氩流量为920L· 吹Ar口至真空室的距离为1m,浸渍管浸入钢液深 min时速度为0.5msl),在下降管内速度还得 度为0.5m. 以发展，垂直向下速度到达包底前其主流外侧也才 2.2求解 只减少到0.21ms(流量为920Lmin1时的结 通过对物理模型进行网格划分将计算对象转化 果)，且下降主流股基本不发散，下降主流在冲击到 为有限单元体，把原来在时间和空间域上的连续物 包底后，向圆周方向辐射状分散时速度的减小幅度 理量的场（如速度和压力场）用一系列有限个离散点 加大，同时注流冲击包底后以辐射状沿钢包的桶壁 上的变量值的集合来替代，通过一定的原则和方法 方向向上流动 建立这些离散点上场变量之间的关系代数方程组， 1.0 迭代得到各个场变量的近似值，如速度、压力等在空 0.9 08 间和时间上的分布 0.7 3计算结果与讨论 05 4 3.1真空室流场分布 应用上述计算流场的方法对某钢厂300tRH 02 .1 设备内钢液流场进行了模拟计算.从图2可以看到 0 吹氩时钢液在真空室以及钢包中的分布，钢包中钢 液液面波动很小，但真空室中钢液波动厉害，特别是 图3真空室内速度场 上升管上方钢液明显较高，应为混有大量气泡的上 Fig.3 Velocity field in the vacuum chamber 升钢液进入真空室后喷射造成的，从真空室流场图 1.0 3可以看出，在真空室内，上升管的钢液喷入真空 0.9 室，沿着真空室边缘流向下降管上方，经由下降管流 钢液 回钢包，上升管的喷射作用和下降管上端在真空室 下降管 06 内会产生强烈的抽吸作用，对混匀钢液有很好的效 果 04 3.2钢包流场分布 02 图4~图6为吹氩流量分别为920和1900L· 01 0 min时的模拟结果.从图4可以看出，由于气泡浮 吹Ar流量920L~min3吹Ar流量1900L~mm1 力的作用，钢液从吹气侧的浸渍管进入真空室熔池 图4速度场 中，驱动上升管中的钢液向上流入真空室，在另一侧 Fig.4 Velocity field 由于重力作用，钢液由下降管流入钢包，从而使真空 室熔池与钢包之间形成一个大的流动循环区，从下 单位：ms1 1.0 ■1.0 0.9 0.8 8 欧Ar孔 0.6 0.5 0.4 66962 03 0 吹Ar流量920L·min吹A流量1900L·min 0.2 图5速度云图 钢液 ■气体 Fig.5 Velocity contours 图2RH精炼过程钢液的分布图 由于上升管处活塞流的抽吸力，钢包中的钢液 Fig.2 Contours of liquid steel during RH refining process 被抽入上升管，但钢液上升流时遇到上层流体的阻径为0∙5m‚浸渍管下端至吹 Ar 口距离为0∙75m‚ 吹 Ar 口至真空室的距离为1m‚浸渍管浸入钢液深 度为0∙5m． 2∙2 求解 通过对物理模型进行网格划分将计算对象转化 为有限单元体‚把原来在时间和空间域上的连续物 理量的场（如速度和压力场）用一系列有限个离散点 上的变量值的集合来替代‚通过一定的原则和方法 建立这些离散点上场变量之间的关系代数方程组‚ 迭代得到各个场变量的近似值‚如速度、压力等在空 间和时间上的分布． 3 计算结果与讨论 图2 RH 精炼过程钢液的分布图 Fig．2 Contours of liquid steel during RH refining process 3∙1 真空室流场分布 应用上述计算流场的方法对某钢厂300t RH 设备内钢液流场进行了模拟计算．从图2可以看到 吹氩时钢液在真空室以及钢包中的分布．钢包中钢 液液面波动很小‚但真空室中钢液波动厉害‚特别是 上升管上方钢液明显较高‚应为混有大量气泡的上 升钢液进入真空室后喷射造成的．从真空室流场图 3可以看出‚在真空室内‚上升管的钢液喷入真空 室‚沿着真空室边缘流向下降管上方‚经由下降管流 回钢包．上升管的喷射作用和下降管上端在真空室 内会产生强烈的抽吸作用‚对混匀钢液有很好的效 果． 3∙2 钢包流场分布 图4～图6为吹氩流量分别为920和1900L· min —1时的模拟结果．从图4可以看出‚由于气泡浮 力的作用‚钢液从吹气侧的浸渍管进入真空室熔池 中‚驱动上升管中的钢液向上流入真空室‚在另一侧 由于重力作用‚钢液由下降管流入钢包‚从而使真空 室熔池与钢包之间形成一个大的流动循环区．从下 降管出来的液流速度很大 （吹氩流量为 920L· min —1时速度为0∙5m·s —1）‚在下降管内速度还得 以发展‚垂直向下速度到达包底前其主流外侧也才 只减少到0∙21m·s —1（流量为920L·min —1时的结 果）‚且下降主流股基本不发散．下降主流在冲击到 包底后‚向圆周方向辐射状分散时速度的减小幅度 加大‚同时注流冲击包底后以辐射状沿钢包的桶壁 方向向上流动． 图3 真空室内速度场 Fig．3 Velocity field in the vacuum chamber 图4 速度场 Fig．4 Velocity field 图5 速度云图 Fig．5 Velocity contours 由于上升管处活塞流的抽吸力‚钢包中的钢液 被抽入上升管‚但钢液上升流时遇到上层流体的阻 第7期 张 琳等： RH 精炼过程钢液流动数值模拟和应用 ·823·