جلسه دفاع پایان ­نامه کارشناسی ارشد (آقای امیرحسین عامری)

موضوع:  بررسی اثر تعداد نازل­ های تزریق گاز آرگون بر جریان چند­فازی در کوره­ های گاززدای RH

ارائه دهنده: امیرحسین عامری

استادان راهنما: دکتر محسن دوازده امامی

استادان داور: دکتر محسن ثقفیان، دکتر ایمان چیت ساز

چکیده:

امروزه با پیشرفت جوامع و صنایع گوناگون، تقاضا جهت تولید فولاد با مقاومت بالا و کیفیت مناسب رو به افزایش است. در این بین نقش فرآیندهای موجود درمتالوژی ثانویه به ­عنوان واحدهای پالایش مذاب بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در این قسمت، یکی از مراحل با اهمیت در تولید فولاد باکیفیت، خالص ­سازی فولاد به کمک کوره‌های گاززدایRH [1] می‌باشد. در پژوهش حاضر، اثر تغییر تعداد نازل‌های تزریق آرگون بر روی نرخ‌گردش و جریان دوفازی آشفته مذاب و آرگون در گاززدای RH مورد بررسی، به صورت عددی مورد ارزیابی قرارگرفته‌است. در شبیه سازی عددی جهت شبیه سازی سطح آزاد مذاب از مدل حجم سیالی استفاده شده و تزریق حباب از نازل‌ها برپایه دیدگاه اویلری-لاگرانژی به کمک مدل فاز گسسته انجام شده است. روند پژوهش به این صورت است که پس از بررسی اعتبارسنجی و صحت سنجی، تعداد نازل‌های تزریق گاز آرگون در گاززدای RH تغییر داده شده و اثر این تغییر بر روی موارد ذکر شده بررسی شده است. در ابتدا جهت اعتبارسنجی، جریان دو فازی آب و هوا در نمونه‌ای از گاززدای RH موجود در مراجع، شبیه‌سازی شده و نتایج حاصله از آن با نتایج موجود در مرجع مورد نظر مقایسه‌ شده و تطابق مناسبی بین نتایج  به‌دست‌آمده با نتایج مرجع مشاهده شد. در ادامه به‌منظور کسب اطمینان بیشتر از نتایج حل‌عددی، میزان افزایش ارتفاع مذاب در انتهای فرآیند در محفظه خلا، با مقدار حاصل از روابط ریاضی مقایسه شد، که نتایج رضایت بخشی را به همراه داشت. پس از آن تعداد نازل‌های تزریق گاز آرگون به صورت 12، 16، 20، 22، 24 و 28 عدد تغییر داده شد و پس از انجام شبیه سازی‌ها نتایج نشان داد، جریان مذاب در پاتیل به دو قسمت تقسیم می‌شود. قسمتی از جریان به سمت دیواره جانبی پاتیل در کنار اسنورکل خروجی[2] رفته و جریانی گردشی را ایجاد می­کند. بخش اعظم جریان مذاب در پاتیل شامل جریان گردشی بزرگی است که بین دو اسنورکل در حال گردش می‌باشد. همچنین چهار ناحیه مرده در جریان مذاب در پاتیل در تمامی حالت‌ها شناسایی شد که کم‌ترین میزان مساحتی که این نواحی به‌خود اختصاص داده‌ بودند، در گاززدای RH با تعداد 22 نازل تزریق آرگون می‌باشد. با افزایش تعداد نازل‌های تزریق آرگون تا 22 عدد، میزان سرعت متوسط جریان و مقادیر بیشینه سرعت مذاب در اسنورکل ورودی افزایش یافته و سپس با افزایش مجدد تعداد نازل‌ها از 22 تا 28 عدد، مقادیر سرعت رو به کاهش می‌رود. همچنین مقدار نرخ‌گردش نیز مشابه با روندی که برای سرعت به دست آمد، با افزایش تعداد نازل‌های تزریق تا 22 عدد، افزایش یافت و سپس این روند در گاززدای RH با تعداد 24 و 28 عدد نازل تزریق آرگون رو به کاهش رفت. لذا مقدار بهینه تعداد نازل‌ها متناسب با مقدار بیشینه نرخ‌ گردش برابر با 22 عدد به‌دست‌آمد. در ادامه براساس شرایط درنظرگرفته شده در این پژوهش به کمک برازش منحنی برروی نمودارهای حاصله، رابطه‌ای جهت محاسبه نرخ گردش برحسب تعداد نازل به‌ دست‌ آمد. در نهایت نواحی در معرض خوردگی و حساس به سایش در پاتیل مشخص گردید و مشاهده شد که بیش‌ترین میزان خوردگی مربوط به دیواره جانبی پاتیل در نزدیکی اسنورکل ورودی[3] بوده‌ است

[1] Ruhrstahl Heraeus

[2] Down Snorkel

[3] Up snorkel