第10卷第5期 2010年10月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
侧顶复吹条件下AOD转炉熔池内流体流动的数学模拟：
模型对纯顶吹过程的应用及结果
魏季和，贺元"，史国敏
(1.上海大学材料科学与工程学院，上海200072：2.宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司，上海200431)
Vol.10No.5 Oct.2010
摘要：应用提出的侧顶复吹AOD熔池内钢液流动三维数学模型的纯顶吹分量，对纯顶吹下120tAOD转炉及线尺寸为其1/4的水模型熔池内液体的流动分别作了模拟和估计，结果表明，该模型的顶吹分量可相当好地模拟纯项吹 AOD熔池内液体的流动，在顶吹气流作用下，熔池内形成两个非轴对称的主回流，其涡心位于液面中心凹坑两边熔池上部近区，在纯顶吹条件下，液体流速和端动能仅在叫陷面附近、熔池表层、上部近壁区和轴线周围较高，在熔
池其余部位都较低，在相近或相同的吹气量下，纯顶吹下液体的流速和满动能都远小于纯侧吹下的相应值，关键词：不锈钢；AOD精炼：侧项复吹过程；纯顶吹过程；液体流动：数学模拟
中图分类号：TF72 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2010)05-095603
熔池表层液体被强制性地沿半径方向流向炉体周壁，在侧壁阻挡下转而沿壁向下流动：至熔池中下部，部分液
在本工作第二部分中，给出了应用对侧项复吹条件下AOD熔池内钢液流动提出的数学模型的纯侧吹分量)对纯侧吹下120tAOD炉及线尺寸为其1/4的水模型内流体流动的计算结果，所得液体流态和气液两相区形状与水模拟相当吻合，仅在两相区范围，环流和旋涡分布等方面有细微差异，证实了该分量的合理性和可靠性，另一方面，按本工作思路和方法，要想获得侧顶复吹条件下熔池液体的流场，还需纯顶吹下相应的结果，为此，以该数学模型的纯项吹分量处理了纯项吹条件下 120tAOD转炉及线尺寸为其1/4的水模型熔池(3-5)内的
流体流动。所得结果报道如下， 2计算结果
对应于过熔池轴线的对称面ABCD和侧枪轴线所在位置横截面EFGH(!]，以该数学模型的纯项吹分量计算得的纯顶吹下水模型及120tAOD转炉熔池内液体流场分别示于图1和2；计算时所用的顶吹气量分别为 79.87和6600Nm3/h，相应地，估计的水模型及其原型熔池内液相瑞动能分布分别示于图3和4.
结果分析及讨论 3
3.1纯顶吹条件下熔池内液体的流动特征
由图1和2可见，无论是水模型还是原型中，在项吹气流的冲击下，熔池液面中心处形成一凹坑，凹坑外收稿日期：20100821，修回日期：2010-10-12
基金项目：国家自热科学基金资助项目(编号：50374047)
E-mail: jibew@staff.shu.edu.cn 万方数据
体遵渐流向熔池中心，部分液体则达到熔池下底部转而沿水平方向运动；在熔池轴线附近又转为向上运动，涌向液面凹坑，完成一次循环流动，在熔池内形成两个大主回流，其涡心分别位于凹坑两边熔池上部侧壁附近由于AOD转炉熔池的不对称性，尽管这两个涡心在熔池内的高度大体相同，但并不对称在周壁附近和熔池下底部，液体的流动具有明显的层流特征，而在熔池底部有一些小的环流和旋涡
得到的纯项吹下水模型及其原型内气体搅拌和液体流态的这种特征为水模拟(3-5)所证实，给出的水模型熔池内凹坑形状和深度也与实测结果(6)相当吻合，这也证实了所用水模型顶吹气量的合理性。另外，与纯侧吹下的情况相比，纯项吹下熔池内波体流动的紊乱程度明显要低，在相近或相同的吹气量下，侧吹过程中当可达到更好的搅拌和混合效果，
3.2纯顶吹条件下熔池内液体的速度场
图1(a)和2(a)表明，在凹陷面附近，液体基本上沿
该面切向流动，速度失量与水平面均呈一正倾角向上：在熔处面，本工作把自由表面简化为平面，液体治熔面向侧壁流动，速度失量与水平面的夹角基本为零，在壁面附近，液体流向受侧壁阻挡而改变，转为沿壁向下流动，此时速度矢量的方向与壁面平行。在熔池下底部，速度矢量几乎水平指向熔池中心，更多地呈层流特征；在熔池中心附近，速度失量又转而向上，最终指向凹陷