攪拌罐內流場及脫硫劑分散數值模擬

王建明， 何訊超， 鄭林彬

(山東大學 機械工程學院, 山東 濟南 250061)

0 引言

鐵水含硫量直接影響鋼材的韌性、塑性和抗疲勞等性能，鐵水預脫硫是生產優質鋼的重要環節.KR機械攪拌法因設備簡單、可操作性強和脫硫效率高等優勢被廣泛應用于鋼鐵行業[1-2].目前，冶金工作者主要通過熱態實驗和水模實驗研究攪拌器結構和工藝參數等對脫硫效果和混合時間的影響，以確定最優的參數組合[3-5].Nakai等[6-7]利用水模試驗研究了不同轉速和攪拌器安裝位置下液面漩渦深度對脫硫劑分散的影響.Busciglio和Brucato等[8-9]通過試驗數據擬合預測了攪拌槳轉速、裝液高度和攪拌槳離底高度對攪拌效果的影響.與試驗方法相比，數值仿真具有更加經濟、高效和直觀的特點.黨林貴等[10]采用Fluent軟件對3種組合槳攪拌器在攪拌槽內的流動混合特性進行了數值模擬.Yeoh等[11-14]利用多重坐標系法和歐拉-歐拉多相流模型解決攪拌槽內的流場運動及分散懸浮問題.在實際KR機械攪拌脫硫過程中，密度較小的脫硫劑大量漂浮在鐵水表面，攪拌作用形成的流場可以將內部鐵水輸送到表面與脫硫劑反應.此外，受漩渦卷吸作用進入流場內部的脫硫劑也能在流場的帶動下與內部鐵水充分反應.目前，專家學者在對攪拌槽流場特性進行數值模擬時，一方面假設自由液面為對稱邊界面，忽視了液面漩渦對脫硫劑混合的影響，另一方面將脫硫劑視為擬流體，無法直觀顯示顆粒在內部流場的……