基于高炉非稳态出铁过程的数学模拟与炉缸炉底侵蚀的研究

摘要

基于某钢厂有效容积1750m3的高炉炉缸在实际生产中受损状况，利用相关的生产数据并从渣铁对炉缸炉底机械冲刷的角度在FLUENT软件中建立高炉出铁的非稳态数学模型。在模拟过程中改变料柱状态、料柱孔隙度、死铁层深度等因素，得到不同条件下的模拟结果，并分析炉底、炉壁等位置所受到的剪应力、压力以及炉缸内的铁水流场以探明铁水流动对炉缸炉底的侵蚀方式以及侵蚀原因。
　　本研究主要内容包括：⑴炉缸中存在A1死料柱时流场最简洁，环流现象最少;同时底部受到的剪应力是四种死料柱状态中最小的，剪应力随出铁时间的变化波动最小，此种死料柱状态的形成也最有利于高炉长寿。⑵死料柱充满炉缸时对炉缸有一定保护作用，料柱四周存在铁水自由区时会极大增大对底部和侧壁的压力，渣层的存在可以有效减小铁水对炉缸侧壁渣层覆盖区域的作用力。⑶环流现象的高发位置位于炉缸底部、炉缸底部拐角处;底部最大剪应力位置主要分布于炉缸出铁口两侧、炉底拐角处、炉底中心等位置，与环流现象发生的位置相契合。环流现象会随着出铁过程的进行渐渐消失，炉缸内铁水整体流速也会随着出铁的进行而下降;底部受到的剪应力、压力均随出铁时间而下降。⑷死料柱浮起状态下孔隙度ε=0.3时，炉缸内产生的环流更少且底部铁水最大流速在不同时刻均最小，流场更加稳定;随着孔隙度的增大，底部最大剪应力位置逐渐由出铁口两侧向炉底中心移动。孔隙度越大，在t＜500s时其剪应力越大，在t＞500s后不同孔隙度下的底部剪应力的差距越来越小;并且在t＜500s时，孔隙度相同的条件下，料柱浮起时要比料柱沉底时剪应力更小。⑸死铁层深度相同时，料柱浮起相对于沉底时底部最大铁水流速更小。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 高炉炼铁的发展史

1．2 高炉长寿技术的发展

1．2．1 高炉的主要技术特征

1．2．2 现代高炉长寿技术

1．2．3 高炉长寿的措施

1．3 炉缸内衬侵蚀的机理与原因

1．3．2 炉缸炉底侵蚀破损的类型

1．3．3炉缸炉底侵蚀破损的机理与分析

1．4 铁水流动对炉缸炉底侵蚀影响的国内外研究成果

1．5 课题研究的目的和内容

1．5．1 课题研究目的

1．5．2 课题研究内容

第2章 高炉出铁过程的数学模型和基本理论

2．2．1 模型的建立

2．2．2 实验方案

2．3．3 实验参数

2．3建模原理与基本理论

2．3．1 VOF模型

2．3．2 假设条件

2．3．3 控制方程

2．3．4 边界冬件殛韧始冬件

第3章 非稳态出铁过程中铁水流场模拟结果与分析

3．1 死料柱状态对炉缸内流场的影响

3．2 死料柱孔隙度对炉缸内流场的影响

3．3 不同死铁层深度对炉缸内流场的影响

3．4 本章小结

第4章 出铁过程中炉缸剪应力和压力的模拟结果与分析

4．1 不同死料柱状态下的炉缸剪应力与压力

4．2 不同死料柱孔隙度下的炉缸剪应力与压力

4．3 不同死铁层深度下的炉缸剪应力与压力

4．4 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文