超音速氧气射流对电弧炉熔池作用三相流数值模拟研究

陈绍春 ， 李京社， 朱 荣， 何春来

（1. 福州大学机械工程及自动化学院，福建 福州 350001; 2. 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083）

电弧炉用氧技术是利用氧枪将氧气从熔池上方喷射入电弧炉中，利用超音速氧气射流为炼钢提供氧气助熔，并促进熔池的搅拌，将极大提高电弧炉冶炼效率，而其中用氧技术是射流技术核心[1-4]。利用多相流计算机数值模拟手段研究超音速氧气射流和熔池的相互作用[5-6]，考察在高温（1500～1600℃）冶炼过程中的常规检测手段难以检测到电弧炉熔池多相流间的物理、化学作用，研究开发射流技术的更有效应用，对电弧炉冶炼工艺的提高有着十分积极的意义[7-8]。

本研究使用计算流体力学软件Fluent 6.3，利用多相流VOF模型建立了某钢厂150t电弧炉冶炼过程中不同供氧流量下氧气射流冲击熔池的三维三相流数值模型，研究电弧炉熔池在炉壁侧吹氧枪作用下的流场分布及其变化情况，探讨氧气射流对电弧炉熔池的物理作用，为进一步研究炼钢熔池中的物理化学反应打下基础。

1 数值模型

1.1 基本假设

在数值模型建立过程中分别采取了氧气射流、渣液和钢液均为牛顿流体；氧气为可压缩流体，渣液和钢液为不可压缩流体；氧气、渣液和钢液不可渗透混合；采用无滑移壁面和标准壁面函数等4个假设。

1.2 控制方程

使用多相流VOF模型。VOF模型中，每一相都有各自的体积分数αq，在任意一个计算区域内，各相的体积分数之和为1。

控制体中的变量和参数利用各相体积百分数通过体积平均的方法计算得到。……