气淬液态钢渣换热规律的研究.docx

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1、U D C： 研究方向： 资源综合利用与原料优化 学习时间 :2.5年 提交日期： 2012年 12月 25日 密 级： 公 开 硕 士 学 位 论 文 气淬液态钢渣换热规律的研究作者姓名： 蔡振雷 学科名称： 冶金工程 学习单位：河北联合大学 申请学位类别： 工学硕士 导师姓名： 张玉柱教授 论文评阅人： 崔福民高工 李俊国副教授 论文答辩日期： 2013年 03月 15日单位： 河北联合大学冶金与能源学院 单位： 唐山钢铁有限责任公司 单位： 河北联合大学冶金与能源学院 答辩委员会主席： 邢宏伟教授关键词：数值模拟；粒化；温度场；流场；传热 唐山河北联合大学 2013年 03月 Heat

2、Transfer during Gas Quenching Process of Liquid Steel Slag Dissertation Submitted to Hebei United University in partial fulfillment of the requirement for the degree of Master of Engineering Science By Cai Zhenlei (Metallurgical Engineering) Supervisor: Professor Zhang Yuzhu March, 2013 独 创 性 说 明 本人

3、郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含 为获得河北联合大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了 明确的说明并表示了谢意。 论 文 作 者 签 名 乘 zf日期： 2013年 3月 20日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北联合大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论 文的

4、全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检 索和交流。 论文密级： 0公开； 保密（至 年月 ）（ 保密论文在解密后遵守此规定 ） 。 作者签名：多 .ff 导师签名 : 务 I、拉 签字日期： 2013年 3月 20日 签字日期： 2013年 3月 20日 液态钢渣是炼钢生产过程的副产品，其温度可高达 1500 C， 液渣余热资源具有 很高的回收价值。钢渣的处理方法可直接影响到钢渣显热回收和渣粒的再资源化利 用。液态钢渣气淬粒化工艺即可将液态钢渣进行有效的粒化，节省二次破碎的费 用；同时还可以以氮气为介质对钢渣的热量进行余热回收，使钢渣资源得到最大程 度的应用。 钢渣粒化过程是

5、一个相当复杂的过程，这一过程涉及到传热与相变等问题，因 此，液态钢渣的粒化效果受到诸多因素的影响，主要包括以下几种：拉瓦尔喷嘴直 径、气体射流流量和压力、钢渣表面张力、钢渣粘度等因素。整个气淬粒化工艺分 为两部分：钢渣粒化过程和渣粒凝固过程。利用流体力学软件 FLUENT对钢渣的 粒化过程和凝固过程进行了模拟与计算，从而揭示钢渣粒化过程中流场与温度场的 分布规律，渣粒凝固温度场分布规律，以及粒化室内渣粒分布规律，为液态钢渣粒 化及钢渣热量回收提供理论支撑。 液态钢渣气淬粒化工艺的主要目的之一就是对液态钢渣的热量进行余热回收。 粒化过程中热量的传递大致可分为以下几个阶段：射流冲击液态钢渣换热阶段

6、，渣 粒飞行过程渣粒之间碰撞换热阶段，液态渣粒凝固换热阶段。射流冲击液态钢渣换 热阶段中，氮气射流与液态钢渣之间的换热以对流传热为主。渣粒飞行过程渣粒之 间碰撞换热阶段包括：两个渣粒的对流传热，渣粒碰撞后，内部的传导传热，以及 两个渣粒之间的辐射传热。液态渣粒凝固换热 阶段以辐射和对流传热为主。掌握热 量的分布规律及传递方式对钢渣显热回收具有重要的意义。 图 42幅；表 6个；参 54篇。 关键词：数值模拟；粒化；温度场；流场；传热 分类号： TF09 Abstract Liquid slag is a byproduct of the steelmaking process. Its tem

7、perature can reach 1500 C? and has high recovery value. The Steel slag processing methods can directly affect the heat recovery and the slag particles of recycling use. The liquid steel slag gas quenching granulating process can granulate the liquid steel slag effectively and save the cost of second

8、ary crushing. At the same time, it can recover the heat by N2? and make steel slag resources to maximum degree of use. Steel slag granulating process is a very complicated process. This process involves with phase change, heat transfer and other problems. Therefore, the granulating effect of the liq

9、uid slag is influenced by various factors, just like Laval nozzle diameter, gas jet flow and pressure, steel slag surface tension, steel slag viscosity and so on. Paper divides the whole granulating process into two parts: steel slag granulating process and solidification process. Granulation and so

10、lidification process could be simulated and calculated through the FLUENT software. Reveal the distribution laws of the velocity fields and temperature fields in the slag granulation process, the temperature fields distribution laws of solidification process, and the slag particle distribution laws

11、in the granulating room. It can provide reliable theoretical guidance for the liquid slag granulating and the waste heat recovery. The main purpose of the liquid steel slag gas quenching granulating process is recycling the waste heat of the liquid steel slag. In the granulating process, the heat tr

12、ansfer can be roughly divided into the following several stages: heat transfer of impinging liquid slag, heat transfer of flying slag particles collision, heat transfer of solidification of liquid slag particle. In the Heat transfer of impinging liquid slag, heat transfer between nitrogen gas jet fl

13、ow and liquid slag is mainly convective. The heat transfer styles of heat transfer of flying slag particles collision stage include: convective heat transfer between two slag particles? surfaces, inner conduction heat transfer after colliding, and radiation heat transfer between two slag particles.

14、The main heat transfer styles of solidification process are convective heat transfer and radiation heat transfer. Mastering the distributions and heat transfer styles of liquid slag is an important significance for the heat recovery. Figure 42; Table 6; Reference 54 Keywords: numerical simulation, g

15、ranulation, temperature field, flow field, heat transfer Chinese books catalog: TF09 目 次 弓丨 g . 1 第 1章文献综述 . 2 1.1绪论 . 2 1.2钢渣的综合利用 . 2 1.2.1钢渣的利用现状 . 2 1.2.2钢渣的处理现状 . 4 1.2.3钢渣余热回收技术的 现状 . 7 1.3基于钢渣的数值模拟 . 7 1.3.1 FLUENT 软件介绍 . 7 1.3.2流体基础理论 . 11 1.3.3流体模拟简介 . 13 1.3.4基于钢渣的流体模拟 . 14 1.4研究内容 . 14 1.

16、4.1研究内容 . 14 1.4.2研究方案 . 14 1.5课题的研究意义和研究内容 . 15 第 2章液态钢渣气淬粒化理论基础 . 16 2.1气体射流的理论 . 16 2.1.1半限制射流 . 16 2.1.2旋转射流 . 17 2.1.3自由射流 . 18 2.2气体射流破碎机理 . 19 2.3影响粒化效果的主要因素 . 20 2.3.1拉瓦尔喷嘴直径对粒化效果的影响 . 21 2.3.2气体压力对粒化效果的影响 . 22 2.3.3表面张力对粒化效果的影响 . 22 2.3.4过热度对粒化效果的影响 . 23 2.3.5粘度对粒化效果的影响 . 23 2.4液态钢渣粒化模型 .24

17、 2.4.1物理模型 .24 2.4.2数学模型 .25 2.4.3求解计算 .26 2.5液态渣粒凝固模型 .29 2.5.1物理模型 .30 2.5.2数学模型 .30 2.5.3求解计算 .31 2.6本章小结 .32 第 3章液态钢渣气淬粒化过程数值模拟 .33 3.1射流流场模拟结果与分析 .33 3.1.1粒化室内流场分布 .34 3.1.2不同喷嘴直径下的流场分布 .36 3.1.3不同马赫数下的流场分布 .37 3.1.4粒化阶段流场分布情况 .39 3.2钢渣粒化阶段模拟结果与分析 .39 3.2.1温度场模拟结果与分析 .40 3.2.2不同压力下粒化室内温度场分布分析 .

18、41 3.2.3射流纵向温度场分布 .42 3.2.4粒化过程模拟结果与工业试验结果对比分析 .43 3.2.5粒化过程渣粒分布分析 .44 3.3渣粒凝固过程模拟结果与分析 .46 3.4 49 第 4章液态钢渣气淬粒化换热规律研究 .51 4.1射流冲击液渣换热规律研究 .51 4.2颗粒碰撞换热规律研究 .52 4.2.1渣粒碰撞接触表面传热 .53 4.2.2渣粒碰撞内部传热 .54 4.2.3渣粒非接触辐射传热 .54 4.3液态渣滴冷却过程换热分析 . 56 4.3.1气 -液换热控制的液相冷却 . 57 4.3.2液态渣粒凝固换热 . 57 4.3.3渣粒固相冷却 . 59 4.

19、4液态钢渣气淬粒化工艺经济效益估算 . 59 4.5 60 it . 62 参考文献 . 64 至夂 tf . 68 导师简介 . 69 作者简介 . 70 学位论文数据集 . 71 近年来，由于钢铁行业的发展较为迅速，粗钢的产量也在逐年增加，伴随着粗 钢产量的增加，其副产品一钢渣的产量也在大幅攀升。由于受到环保立法、资源短 缺等诸多方面的压力，使得钢渣的二次利用变的极为重要。国外一些工业发达国家 的钢渣利用率已超过 80%，而我国钢渣的有效利用率仅为 20%左右。因此，在 2011年广州召开的中国废钢铁应用协会四届四次会议特别指出： “ 十二五 ” 期 间，要进一步加快我国钢渣加工、配送体系

20、的建设，促进我国钢渣产业化、区域 化、产品化、规模化的健康发展。 液态钢渣是炼钢生产过程的副产品，其温度可高达 1500 C， 具有很高的回收价 值。钢渣的处理方法可直接影响到钢渣显热回收和渣粒的再资源化利用。本课题组 利用制氧厂的副产品一高压氮气对液态钢 渣进行喷吹，以此工艺代替传统的水淬法 和热焖法等方法处理液态钢渣。此工艺可将钢渣有效的粒化，节省破碎的费用；同 时还可以以氮气为介质对钢渣的热量进行余热回收，使钢渣资源得到最大程度的利 用。 “ 液态冶金渣气淬粒化技术 ” 符合国家提出的 “ 十二五 ” 期间我国废钢铁产业 致力于资源保障与节能减排这一要求。同时，也符合 “ 国家中长期科学

21、和技术发展 规划纲要 （ 2006-2020) ” 的目标要求。这两个 “ 要求 ” 是我们建立和研究 “ 液态 冶金渣气淬粒化及冷却过程机理 ” 这一课题的参考依据。 钢渣粒化过程是一个相当复杂的过程，这一过 程涉及到传热与相变等问题，课 题利用流体力学软件 FLUENT对钢渣的气淬过程和凝固过程进行了模拟与计算，从 而揭示钢渣粒化过程中流场与温度场的分布规律，渣粒凝固温度场分布规律，以及 粒化室内渣粒分布规律，为气淬粒化工艺及钢渣余热回收提供理论支撑。 第 1章文献综述 1.1绪论 钢渣是炼钢过程中排出的熔渣，是炼钢过程的副产物，其数量一般为约为粗钢 产量的 10%左右。钢渣主要是由金属炉

22、料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵 蚀的炉衬料、补炉材料、合金料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的石灰 石、白云石、铁矿石等造渣材料组成 1。 近年来，我国钢铁业发展迅猛，粗钢产量年均增长 22.4%。随着我国国民经济 的不断发展，钢铁产量也会进一步增加。相反自然资源会不断减少，怎样将钢渣这 一 “ 固体废弃物 ” 巨大资源变废为宝，也成为制约钢铁工业发展的瓶颈问题。根据 相关文献报道，我国近十年的钢渣利用率仅为 21%左右，而西方的一些发达国家 的钢渣利用率远远超过我们国家。例如，德国和日本的钢渣利用率已达 95%以 上，而美国的钢渣利用率更是高达 98%以上，甚至有的钢厂已经实现了钢

23、渣的全 部利用 2。我国与这些冶 金强国相比还有很大的差距。近几年，我国的钢渣利用率 不但没有提高反而在不断地下降。堆弃这些未加利用的钢渣不仅要占用大量的土地 而且容易对环境造成二次污染。如何有效的减少弃用钢渣占地并防止环境污染，循 环利用这些钢渣，对于我国钢铁行业的可持续发展具有重要的意义。 1.2钢渣的综合利用 1.2.1钢渣的利用现状 目前，我国大部分钢渣仍然被当作废弃物堆弃，利用率较低，大约只有 60%，造成金属和钢渣资源的大量浪费，而且还污染环境。国家 “ 十二五 ” 规划要求 固体废物综合利用率在 2010年基础上提高 10到 12个百分点 3 4，加快提高钢渣的 综合利用率，开发

24、高附加值产品是钢铁企业一项紧迫的任务。 到目前为止国内外已经开发了多种有关钢渣综合利用的途径 5_11，主要包括以 下几个领域：用作冶金原料、筑路及建筑材料、回填、农业生产的利用等。 1) 用作冶金原料 (1) 用作高炉或化铁炉熔剂。钢渣中 CaO、 MgO作为熔剂可以节省大量的石 灰石以及白云石资源，而且不需要经过碳酸盐分解过程，节省了大量的热能。同时 对于铁水的温度、铁水碱度、硫含量以及铁水的流动性也有所改善。 (2) 用作烧结熔剂。烧结矿中配加钢渣代替熔剂，不仅回收利用了钢渣中的 残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、稀有元素等有益成分，而且还可以提高 烧结矿的产量。烧结矿中加入适量钢渣

25、后，能使结块率提高，粉化率降低，成品率 增加。再加上一些钢渣疏松、粒度均匀、料层透气性好，也有利于烧结造球及提高 烧结速度。 钢渣作为烧结熔剂具有以下优点：提高烧结矿强度、提高烧结矿的还原性、提 高 FeO的含量及降低烧结矿的配碳量。但是烧结矿中加入钢渣会使烧结矿的 P含 量增加，另外钢渣粒度过大会造成烧结料的偏析。因此，要控制好钢渣的配比及粒 度。 (3) 回收废钢和钢粒。钢渣中一般含有 10% 25%左右的金属 Fe， 选出废钢 后的钢渣还可以再利用。钢渣可通过机械破碎 -磁选和自磨 -磁选工艺回收其中的金 属 Fe， 这样可以创造更高的经济效益。一般钢渣破碎的粒度越细，回收的金属 Fe

26、越多。 2) 筑路及建筑材 (1) 钢渣水泥。钢渣生产水泥，主要指用钢渣替代水泥熟料来生产钢渣水泥 或与矿渣生产复合硅酸盐水泥等。这已经是成功利用钢渣的较为成熟的技术，主要 为钢渣矿渣水泥、少熟料钢渣矿渣水泥和无熟料钢渣矿渣水泥等。但水泥中钢渣掺 量一般都不大，难以达到高效、大量应用钢渣的目地。可以通过加入添加剂来提高 钢渣活性，从而开发生产出全钢渣水泥新 技术，这是当前钢渣处理的主要研究方向 之一。 (2) 筑路材料。建设部编制的钢渣筑路规范肯定了钢渣应用于筑路的研 究工作和实际应用，钢渣作为筑路材料，具有良好的抗冻性能，适用于气候寒冷并 且开放的道路。另外，钢渣强度很高，在很大程度上提高了

27、路基的承载力。 (3) 回填领域。钢渣作为回填材料近几年来得到广泛应用，作为 2008年奥 运会三大主要比赛场馆的北京国家体育馆在施工过程中就使用了大量的钢渣作为回 填材料。 3) 用于农业生产 钢渣中含有 P、 SK Ca、 Mg等有利用价值的元素。钢渣中的硅、磷等矿物元 素在冶炼过程中经过高温锻烧，其溶解度大幅提高，很容易被植物吸收，可以起到 不同程度的肥效作用。因此，钢渣可用作具有速效的复合矿质肥料。钢渣中除含有 硅、磷等有效成分可直接用作农肥外，还可利用其中高含量的氧化钙和氧化镁，将 其作为助剂与矿石一起制备成钙镁磷肥，对农作物的增产具有明显的效果。另外， 钢渣中含有微量锌、锰等元素，

28、这些元素有助于改善土壤的肥效，甚至一些微量元 素还可增强农作物的抗病虫害能力。 综上所述，钢渣的利用途径主要有：作烧结熔剂、作水泥和筑路材料以及作农 用肥料等。但是其利用率普遍偏低，没有充 分发挥其潜在的价值。因此，对钢渣资 源的处理及利用的研究有待进一步完善。从目前的情况看，人们已经越来越重视钢 渣的利用，怎样把这种二次资源加以合理、有效的利用，对我国具有重要的战略意 义。 1.2.2钢渣的处理现状 面对全世界日益苛刻的环保立法、资源短缺、昂贵的废料填埋费和降低炼钢成 本的压力，炉渣的利用就显得越来越重要了。钢渣处理和综合利用具有良好的社会 经济效益。人们已普遍认识到，钢渣不再是单纯的废弃物

29、，而是宝贵的资源。充分 利用钢渣，不仅解决了堆积占地问题，还解决了环境污染，缓解了废钢供应紧张的 局面 。钢渣的处理是对钢渣进行资源化利用的关键。不同的钢渣处理工艺所生产的 成品渣在粒度大小、成分、物相组成、稳定性等性能品质方面也会各有不同。选择 何种钢渣处理工艺一般从钢渣综合利用途径、钢渣的温度和流动性以及投资等几方 面加以综合考虑。 目前，国内钢渣处理技术 12_2 主要有：水淬法、热泼法、风淬法、滚筒法、粒 化法、热焖法等。其中，热泼法和热焖法是目前国内比较常用的钢渣处理技术。 1) 水淬法。水淬法是利用多排、多孔、多功能的水喷嘴形成自由喷射，在高 速连续喷射的水力作用下，将高温且流动性

30、较好的钢渣在瞬间分割 、击碎、粒化， 并冷凝成小固体颗粒。水淬法的处理成本和生产费用较低，占地和设备少，工艺流 程简单。该工艺的缺点是：处理率低，用水量大，易发生爆炸。 2) 热泼法。将钢渣倒入到渣灌以后，用车辆运到热泼车间，再用吊车将渣罐 中的液态钢渣分层泼到渣床上，喷洒适量的水，使高温渣急冷碎裂并加速冷却。然 后用装载机等设备进行挖掘装车，运至弃渣场进行破碎、筛分、磁选。此工艺简单 且处理速度快，钢渣游离氧化钙含量较低，有利于钢渣综合利用。但投资和占地面 积大，余热资源不能回收，耗水量大，对环境污染严重。这种方法在国内钢厂应用 较多，武钢、鞍钢、梅钢、新钢炼钢厂等厂均采用该方法。 3) 热

31、焖法。热焖法是 把转炉出来的钢渣倒在渣坑中，待钢渣温度冷却到 600 C左右时倒入大型焖罐中进行喷水，水在高温下产生水蒸汽。钢渣中的游离氧 化钙遇水生成氢氧化钙并迅速膨胀，促使钢渣开裂并粉化。该工艺的优点是机械化 程度高，劳动强度低，粉尘少，游离氧化钙低，废钢回收率提高，钢渣的稳定性也 可得到改善。缺点是耗水量大、投资大，工艺复杂增加能耗。目前国内使用此方法 的钢厂比较多，涟钢、上钢五厂、北台等钢厂使用该方法。 4) 浅盘水冷法。宝钢股份有限公司目前使用此方法。此法是在钢渣车间设置 高架泼渣盘，用吊车将流动性好的钢渣泼在渣盘中， 一般厚 30 120mm。 静置几 分钟后，第一次泼水，然后再静

32、置、再泼水，使钢渣在渣盘中破裂。然后将渣倒回 渣车，并运至二次冷却站，再次进行喷水冷却，之后将钢渣卸至水池中进一步降温 冷却，最后用抓斗抓出装车，运至钢渣处理车间进行磁选、破碎、筛分、精加工。 该工艺的特点是处理流程短，处理时间短，处理量大，钢渣活性好，处理后的钢渣 块度小，便于磁选和回收利用。缺点是操作复杂，投资大，对钢渣的流动性有一定 要求。 5) 风淬法。风淬粒化钢渣工艺如图 2所示，液态钢渣由渣罐倒入到流渣槽， 渣槽下面设有粒化冶金渣的鼓风机，当液 态钢渣从渣槽末端流出时，被鼓风机喷出 的高速气流分图 1水淬法处理钢渣的工艺流程图 Fig.l The sketch of slag wa

33、ter quenching process 割，液态钢渣迅速粒化并被吹入一个罩式锅炉内，在飞行的过程中迅 速凝固。风淬法的特点是工艺简单，占地小，投资少，安全高效，渣粒性能稳定， 粒化彻底。该工艺主要缺点是：钢渣必须是液态钢渣，为了控制渣的流量，钢渣必 须通过中间罐，风淬气体大多利用空气，由于氧化作用，粒化钢渣中单质铁很容易 被氧化而无法得到回收。 气淬法是一种新的钢渣处理工艺。与风淬法相比，气淬法是将普通空气换成高 压氮气，并用特制的拉瓦尔型气体喷嘴喷出，不用担心单质铁被氧化，粒化效果更 好。但是对 拉瓦尔喷孔的形状、直径以及钢渣的温度、流动性有一定的要求。 6) 滚筒法。将渣罐转移过来的液

34、态钢渣缓慢地倒入滚筒进料溜槽，经溜槽导 入旋转的滚筒内，钢渣通过筒体内的巨大钢球的自重碾碎后从渣口流出，在底部喷 水冷却。 在整个流程中快速完成冷却、固化、破碎和渣钢分离，然后由链板输送机排到 渣场，A一渔 fe; B 鼓风机； C一罩式锅炉 ； D 输送机； E 储渔槽 ； F 干燥机 图 2风淬粒化钢渣工艺示意图 Fig.2 The sketch of slag wind broken equipment 1 一 行车； 2 渣灌； 3 水池； 4一水系统 ;5 滚筒装置； 6 排尘风道； 7 除尘风机； 8 烟囱； 9一链板输送机 图 3滚筒法处理工艺图 Fig.3 The sketch

35、 of roller treatment process 将单质铁回收后送用户使用。此工艺处理后的钢渣粒度小，游离氧化钙含量 低，粉尘少。但是要求钢渣的流动性好，且设备复杂，噪音大。该工艺目前宝钢在 使用。 7) 粒化法。粒化法 2122与水淬法相似，是由水渣粒化演化来的。它是将液态 钢渣倒入渣槽，流入粒化器，被高速旋转的粒化轮强制粒化，抛出时被高压水冷 却，经磁选后，实现渣铁分离。此种工艺占地少，能耗小，并且粒化效果好。但是 要求钢渣的流动性要好，金属回收率低，设备磨损严重。目前国内只有首钢、迁钢 等几个钢厂使用该方法。 另外，还有冷弃法等一系列处理方法。选用不同的冷却和处理方法，得到的钢

36、渣化学成分、粒度、性能、稳定性也不尽相同。因此在利用钢渣时要考虑钢渣的冷 却及处理方式的影响，进而实现钢渣的最大化、高附加值利用。 1.2.3钢渣余热 回收技术的现状 钢渣显热是钢铁企业尚未回收利用的高品质余热资源，具有很高的回收价值。 另外，在钢渣余热回收的基础上，还可将钢渣尾渣用于制作钢渣硅酸盐水泥熟料， 从而提高其综合利用价值 23。本课题研究主要以钢渣余热回收为主。 针对钢渣显热回收，国内外研究者提出了多种干式粒化工艺，干式粒化法包括 风淬法、滚筒转鼓法和转杯（或转碟）离心粒化法 24_26等。在欧美的一些国家，以 及亚洲的日本等国都对钢渣干式粒化技术进行过研究，其中一些效果较好的方法

37、还 进行了半工业试验。目前主要的钢渣余热回收技术有以下几种： 1) 钢渣风淬粒化余热回收工艺； 2) 转鼓冷渣器热回收工艺； 3) 离心粒化法； 4) 转杯或转碟法。 1.3基于钢渣的数值模拟 流体是指一类不能抵抗切向力，在切向力的作用下可以无限变形的物质，流体 分为气态流体和液态流体。钢渣作为一种特殊的流体，它具备流体的大部分特性， 所以在对其研究时可以以流体的方式进行。可利用流体力学软件 FLUENT对液态 钢渣的流动等过程进行数值模拟。 1.3.1 FLUENT软件介绍 1.3.1.1 FLUENT 软件基础 任何流体运动的规律均以质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律和组分 守恒定律

38、为基础。这些基本定律可由数学方程来描述。采用数值计算方法，通过计 算机求解这些控制流体流动的数学方程组，进而研究流体的运动规律，这就是计算 机流体动力学，简称 CFD。 CFD是一类软件的总称， CFD软件主要包括： FLUENT、 PHOENICS、 CFX、 STAR-CD等软件，最常用的为 FLUENT和 PHOENICS。 对钢渣的流动树脂 模拟采用的是 FLUENT软件，下面对 FLUENT软件进行简单介绍。 FLUENT是用于计算流体流动和传热问题的程序，其设计基于 “ CFD计算机软 件群的概念 ” ，针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计 算速度、稳定性和精度等方面达到最佳，不同领域的计算软件组合起来，成为 CFD软件群。 FLUENT提供的非结构化网格生成程序对相对复杂的几何结构网格 生成非常有效，可以生成的网格包括二维的三角形和四边形网格；三维的四面体、 六面体即混合网格。 FLUENT还可根据计算结果调整网格，这种网格的自然适应 能力对于精确求解有较大梯度的流场有很实际的作用。