高炉炉缸铁水流场数值模拟

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钢铁材料在工业生产和日常生活中占有重要的位置,其在21世纪仍将发挥重要的作用。高炉—转炉长流程冶金工艺仍将长期保持钢铁生产第一的地位。 高炉的发展趋势是大型化、高煤比、高富氧、长寿化。高炉长寿的限制环节在不同时期是不同的,随着高炉技术的进步,现在炉缸的寿命已经成为高炉长寿的限制性环节。造成炉缸侵蚀的原因主要有:高温渣铁的对碳砖的溶解和渗透,渣铁的机械冲刷作用,热应力的破坏作用,以及碱金属的侵蚀等。 在研究炉缸侵蚀的方法有上有两种:一种是模型研究方法,所谓模型研究方法是指在相似原理的指导下,不直接在实物中研究现象或过程本身,而是用与实物相似的模型来研究的方法;另一种数值模拟的方法,这种方法是对流动现象的微分方程式用离散化的方法得到其近似解,从而研究其规律性。 炉缸内的渣铁流动可以看作渗流,其运动规律符合连续介质模型和达西定理。利用数值方法对方程组进行求解,并根据流函数的定义画出渣铁流动的曲线。 根据铁水流场的影响因素分三类进行讲论:1) 均匀孔隙度时铁水流场状态;2)孔隙度不均匀时铁水流场的状态;3) 中心料柱相对半径和相对深度变化对渣铁流线的影响。最后讨论双铁口出铁的设想,并对其流动情况进行了分析。 通过数值模拟表明:1) 死料柱孔隙度和相对位置变化对渣铁流动影响极大,死料柱孔隙度下降加剧通过其下部铁水流速;死料柱沉向炉底,会使炉底铁水过于集中,造成炉缸炉底的侵蚀。2) 双铁口出铁可以减少通过炉底的铁水流量,从而大大减轻炉缸侵蚀。
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