توصيفگر ها :
گاززداي RH , جريان چندفازي , تعداد نازل ها , شبيه سازي عددي , نرخ جريان گردشي
چكيده فارسي :
امروزه با پيشرفت جوامع و صنايع گوناگون، تقاضا جهت توليد فولاد با مقاومت بالا و كيفيت مناسب رو به افزايش است. در اين بين نقش فرآيندهاي موجود درمتالوژي ثانويه به عنوان واحدهاي پالايش مذاب بسيار حائز اهميت مي‌باشد. در اين قسمت، يكي از مراحل با اهميت در توليد فولاد باكيفيت، خالص¬سازي فولاد به كمك كوره‌هاي گاززدايRH مي‌باشد. در پژوهش حاضر، اثر تغيير تعداد نازل‌هاي تزريق آرگون بر روي نرخ‌گردش و جريان دوفازي آشفته مذاب و آرگون در گاززداي RH مورد بررسي، به صورت عددي مورد ارزيابي قرارگرفته‌است. در شبيه سازي عددي جهت شبيه سازي سطح آزاد مذاب از مدل حجم سيالي استفاده شده و تزريق حباب از نازل‌ها برپايه ديدگاه اويلري-لاگرانژي به كمك مدل فاز گسسته انجام شده است. روند پژوهش به اين صورت است كه پس از بررسي اعتبارسنجي و صحت سنجي، تعداد نازل‌هاي تزريق گاز آرگون در گاززداي RH تغيير داده شده و اثر اين تغيير بر روي موارد ذكر شده بررسي شده است. در ابتدا جهت اعتبارسنجي، جريان دو فازي آب و هوا در نمونه‌اي از گاززداي RH موجود در مراجع، شبيه‌سازي شده و نتايج حاصله از آن با نتايج موجود در مرجع مورد نظر مقايسه شده و تطابق مناسبي بين نتايج به‌دست‌آمده با نتايج مرجع مشاهده شد. در ادامه به‌منظور كسب اطمينان بيشتر از نتايج حل‌عددي، ميزان افزايش ارتفاع مذاب در انتهاي فرآيند در محفظه خلا، با مقدار حاصل از روابط رياضي مقايسه شد، كه نتايج رضايت بخشي را به همراه داشت. پس از آن تعداد نازل‌هاي تزريق گاز آرگون به صورت 12، 16، 20، 22، 24 و 28 عدد تغيير داده شد و پس از انجام شبيه سازي‌ها نتايج نشان داد، جريان مذاب در پاتيل به دو قسمت تقسيم مي‌شود. قسمتي از جريان به سمت ديواره جانبي پاتيل در كنار اسنوركل خروجي رفته و جرياني گردشي را ايجاد مي كند. بخش اعظم جريان مذاب در پاتيل شامل جريان گردشي بزرگي است كه بين دو اسنوركل در حال گردش مي‌باشد. همچنين چهار ناحيه مرده در جريان مذاب در پاتيل در تمامي حالت‌ها شناسايي شد كه كم‌ترين ميزان مساحتي كه اين نواحي به‌خود اختصاص داده‌بودند، در گاززداي RH با تعداد 22 نازل تزريق آرگون مي‌باشد. با افزايش تعداد نازل‌هاي تزريق آرگون تا 22 عدد، ميزان سرعت متوسط جريان و مقادير بيشينه سرعت مذاب در اسنوركل ورودي افزايش يافته و سپس با افزايش مجدد تعداد نازل‌ها از 22 تا 28 عدد، مقادير سرعت رو به كاهش مي‌رود. همچنين مقدار نرخ‌گردش نيز مشابه با روندي كه براي سرعت به دست آمد، با افزايش تعداد نازل‌هاي تزريق تا 22 عدد، افزايش يافت و سپس اين روند در گاززداي RH با تعداد 24 و 28 عدد نازل تزريق آرگون رو به كاهش رفت. لذا مقدار بهينه تعداد نازل‌ها متناسب با مقدار بيشينه نرخ‌گردش برابر با 22 عدد به‌دست‌آمد. در ادامه براساس شرايط درنظرگرفته شده در اين پژوهش به كمك برازش منحني برروي نمودارهاي حاصله، رابطه‌اي جهت محاسبه نرخ گردش برحسب تعداد نازل به‌دست‌آمد. در نهايت نواحي در معرض خوردگي و حساس به سايش در پاتيل مشخص گرديد و مشاهده شد كه بيش‌ترين ميزان خوردگي مربوط به ديواره جانبي پاتيل در نزديكي اسنوركل ورودي بوده‌است.
چكيده انگليسي :
Nowadays, the development of societies and industries has led to increasing demand for high strength and good quality steel production. In this way, secondary metallurgy as a section of steel production plays a vital role in refining steel. RH degasser furnaces are among the most crucial parts of the second metallurgy process to produce high-quality steel. In the present research, the effects of the number of nozzles of argon injection on the recirculation rate and turbulent flow of molten steel and argon in a certain RH degasser have been investigated using numerical simulations. The Volume of Fluid (VOF) multiphase model is used to capture the free surface of the molten steel, and based on the Eulerian-Lagrangian approach, injection of argon bubbles is simulated via discrete phase model (DPM). In this study, after validating the numerical methodology, the number of nozzles in RH degasser has been changed, and the effect of this factor has been investigated. At first, for validating the results, the air-water two-phase flow in a specific RH degasser, which was studied in previous research, is simulated. Comparing the simulation results with the previous results showed an acceptable agreement. Then, to investigate the accuracy of the simulation, the final height of the molten steel inside the vacuum chamber is compared with the analytical formula. It was observed that the results were in good agreement with each other. Finally, the simulations were performed using 12, 16, 20, 22, 24, and 28 injecting nozzles. The flow field of the molten steel in the ladle is divided into two parts. A part of the molten steel flows in the area between the sidewall of the ladle and outlet snorkel and originates a rotational flow. Much of the molten steel flow inside the ladle consists of a significant rotational flow between the snorkels. Four dead zones are observed in the flow field inside the ladle. The results showed that the area of the dead zones is minimum in the RH degasser with 22 injection nozzles. Also, it is observed that by increasing the number of the nozzles up to 22, the average velocity and the maximum velocity of the molten steel in the inlet snorkel increase. However, by increasing the number of nozzles from 22 to 28 numbers, the mentioned parameters decrease. Furthermore, the results showed a similar trend for the recirculation rate. The recirculation rate increases by increasing the number of nozzles from 12 to 22. Nevertheless, the recirculation rate decreases by increasing the number of nozzles from 22 to 28. Therefore, the optimum number of nozzles to reach the maximum recirculation rate is 22 numbers. Based on the situations considered in this study, using a curve fitting method, an equation is introduced for calculating the recirculation rate based on the number of nozzles. Finally, the regions in the ladle that are eroded the most are investigated, and the part of the ladle that is eroded the most is the side wall of the ladle near the outlet snorkel.
