Hydrogen Removal during RH Degassing of Molten Steel: Real-Time Recurrence CFD Predictions and Validation using Plant Data / 
Odstraňování vodíku během odplynění oceli procesem RH: Predikce v reálném čase pomocí CFD modelu a jeho validace využitím provozních údajů

Xiaomeng Zhang¹, Maria Thumfart¹, Johann Wachlmayr¹, Christine Gruber¹, Roman Rössler², Daniel Queteschiner³, Stefan Pirker³

¹K1-MET GmbH, Linz, Austria
²voestalpine Stahl GmbH, Linz, Austria
³Department of Particulate Flow Modelling, Johannes Kepler University, Linz, Austria

Abstract

In this study, data-assisted recurrence CFD (rCFD) is applied to efficiently simulate hydrogen degassing of molten steel in the RH vacuum process over time spans of tens of minutes. To ensure that numerical predictions are directly comparable to the hydrogen measured in the far-end off-gas stream at the plant, a transfer function is developed based on plant data, specifically, according to the relationship between injected lift-gas and its corresponding output in the off-gas. This function accounts for time delay and mixing effects as the gas reaches the monitoring point in the plant.

Initial comparisons show that rCFD predictions of hydrogen removal qualitatively agree well with plant data while enabling real-time predictions. To achieve quantitative agreement, further efforts are required to address uncertainties in hydrogen mass loss in off-gas measurement and to improve the model implementation in rCFD, particularly the calculation of hydrogen partial pressure. With validation established through plant data, rCFD’s real-time predictive capability renders it a promising tool for three-dimensional digital twin applications in the RH process.

Keyword: RH plant, CFD, recurrence CFD, hydrogen degassing

Abstrakt

V této studii je využita metoda datově podporované rekurentní CFD (rCFD) k efektivní simulaci odstranění vodíku z roztavené oceli v RH vakuovém procesu odplynění v časovém horizontu desítek minut. Aby bylo zajištěno, že numerické predikce jsou přímo srovnatelné s koncentrací vodíku měřenou ve výstupním proudu odtahového plynu, byla na základě provozních dat navržena přenosová funkce, vycházející ze vztahu mezi vstřikovaným zdvihovým (nosným) plynem a jeho odezvou v odtahovém plynu. Tato funkce zohledňuje časové zpoždění a mísicí efekty při transportu plynu k místu měření.

Počáteční srovnání ukazují, že predikce rCFD týkající se odstraňování vodíku jsou v kvalitativní shodě s provozními daty a současně umožňují predikce v reálném čase. Pro dosažení kvantitativní shody je však nutné dále řešit nejistoty spojené s měřením úbytku vodíku v odtahovém plynu a zpřesnit implementaci modelu v rCFD, zejména výpočet parciálního tlaku vodíku. Díky validaci na základě provozních dat a schopnosti predikce v reálném čase představuje rCFD perspektivní nástroj pro aplikace trojrozměrných digitálních dvojčat v RH procesu.

Klíčová slova: RH vakuovací stanice, výpočetní dynamika tekutin CFD, rekurentní CFD (rCDF), odstranění vodíku

Stáhnout článek