高溫鋼水湍流研究發展了「大渦模擬」大幅提升產品質量

2021-01-08 中華人民共和國科學技術部

    記者從東北大學獲悉，該校冶金學院李寶寬教授課題組針對1500℃的高溫鋼水湍流現象，利用先進的計算數學理論，發展了「大渦模擬」的方法研究高溫鋼水的湍流流動規律，並在認識鋼水湍流流動基本規律的基礎上，形成了調控高溫鋼水湍流狀態的技術措施，大幅提升了鋼的質量。目前，該技術已應用到寶山鋼鐵有限公司煉鋼廠的厚板連鑄工藝中，將熱軋板的探傷不合格率從3.3％降到1.7％以下。

    李寶寬教授課題組針對鋼的精煉過程中非穩態三相三維湍流問題，提出層次分解法（Level grouping）求解三相及以上多相湍流流動及傳輸問題，由於該問題的複雜性，被認為創造了冶金界湍流模擬的「世界紀錄」。

    鋼的脫碳、脫硫和去除夾雜物等冶煉工藝都是在1500℃時金屬的液體形態並伴隨湍流流動的狀態下進行的，如何調控高溫下鋼水的湍流流動狀態，決定著金屬冶煉的工藝效率和產品質量。

    「此前，研究湍流問題的學者們都採用『時均化』處理用來分析鋼水的冶煉過程，只能宏觀上得到總結果，時均處理抹平了湍流中漩渦脈動信息，而恰恰是這些湍流脈動信息對高品質鋼精煉過程中脫硫和去除夾雜物有重要影響。」長江學者特聘教授、東北大學冶金學院院長朱苗勇說。

    由於連鑄結晶器是提高鋼潔淨度的最後機會，李寶寬課題組通過深入研究鋼液非穩態多相湍流特性，提出了多區電磁製動的概念，全面控制連鑄結晶器內鋼液流場。他們在湍流大渦模擬的基礎上，掌握了湍流脈動信息與夾雜物和微氣泡之間關係，通過革新裝置幾何結構，吹入惰性氣體，施加電磁場3項措施，控制鋼水的湍流流動，改善了鋼的冶煉與連鑄過程中鋼水的湍流狀態，促進了高品質鋼精煉與連鑄過程中微小夾雜物和微小氣泡的去除，大幅提升了鋼的質量。

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