两相流中耐火材料冲蚀及其对钢质量的影响

发布时间：2020-11-06 13:23

　　 在钢铁冶炼过程中,钢液对耐火材料的冲蚀是耐火材料损毁的重要因素之一。本文采用高温钢液吹入氩气模拟气液两相冲蚀实验,结合水模实验、数值模拟,研究了气液两相流作用下钢液对铝镁系耐火材料的冲蚀行为及其与钢中夹杂物的关系,并根据冲蚀机理分析,建立了冲蚀数学模型,为提高耐火材料寿命与钢质量提供指导。论文研究主要得到如下结论:(1)钢液对铝镁系耐火材料冲蚀速率可表示为冲蚀系数及耐火材料高温抗剪切强度有关的函数式。结合高温钢液冲蚀实验、水模实验与数模计算,采用量纲分析方法得到了耐火材料冲蚀模型的函数表达式。(2)对刚玉质、铝镁质以及镁质耐火材料进行高温钢液冲蚀实验,发现钢液对耐火材料的冲蚀从基质部位开始,当钢液壁面剪切力大于材料的临界抗剪切强度时,基质被冲蚀掉,基质内部形成孔洞,钢液沿着孔洞或裂缝向内部渗透;当钢液逐渐冲蚀掉骨料周围的基质,使骨料裸露在钢液中时,骨料剥落。耐火材料冲蚀速率随着冲蚀时间呈现出先增大后减小的趋势,铝镁质耐火材料抗冲蚀性优于刚玉质耐火材料与镁质耐火材料。(3)钢中夹杂物的数量随冲蚀时间逐渐增加,部分小的夹杂物会聚集长大;不同耐火材料受钢液冲蚀后剥落进入钢液中会以不同组成的物相存在于钢液中,对钢质量产生不利影响。(4)气泡运动使钢液在耐火材料试样表面附近形成气液混合湍流流动,与吹氩中间包中耐火材料表面附近的湍流流动相似,该试验方法可用于模拟实际钢液流动对耐火材料的冲刷磨损。随着吹气量的增加,钢液流动速度逐渐增加,湍流流动加剧,钢液具有较大的速度和湍动能,在耐火材料表面产生较大的剪切力。根据数值模拟计算结果,并结合钢液冲蚀实验,获得了钢液对铝镁系耐火材料冲蚀的关联式。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ175.1
【文章目录】：
摘要
abstract
前言
第1章 绪论
    1.1 耐火材料与钢质量的关系
        1.1.1 耐火材料在炼钢中的作用
        1.1.2 耐火材料损毁及对钢质量的影响
    1.2 冲蚀研究进展
        1.2.1 冲蚀过程及研究方法
        1.2.2 耐火材料冲蚀研究
    1.3 耐火材料对钢液质量的影响
        1.3.1 钢中夹杂物分类方法及来源
        1.3.2 耐火材料对钢中夹杂物的作用研究
    1.4 本文研究内容及研究方法
第2章 耐火材料冲蚀机理与冲蚀模型
    2.1 冲蚀机理分析
        2.1.1 耐火材料冲蚀类型
        2.1.2 冲蚀机理分析
    2.2 冲蚀模型推导
    2.3 本章小结
第3章 耐火材料冲蚀实验及对钢质量的影响
    3.1 实验
        3.1.1 实验设备与装置
        3.1.2 试样制备与检测方法
        3.1.3 实验过程
        3.1.4 冲蚀与钢质量表征方法
    3.2 钢液对耐火材料的冲蚀
        3.2.1 耐火材料冲蚀前后物相分析
        3.2.2 吹气量对刚玉质耐火材料的冲蚀
        3.2.3 不同材质耐火浇注料的冲蚀
    3.3 耐火材料冲蚀对钢质量的影响
    3.4 本章小结
第4章 耐火材料冲蚀数理模拟
    4.1 水模实验
        4.1.1 水模实验参数选择
        4.1.2 模型设计
        4.1.3 实验装置
        4.1.4 实验过程
    4.2 数值模拟
        4.2.1 数学模型
        4.2.2 边界条件
        4.2.3 几何模型与网格划分
    4.3 结果与分析
        4.3.1 模型验证
        4.3.2 冲蚀实验中钢液流场
    4.4 铝镁系耐火材料冲蚀模型
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张根广;王新雷;吴彰松;李林林;;泄水建筑物下游冲刷坑二维数值模拟[J];泥沙研究;2017年03期

2 沈平;张立峰;王祎;杨文;;钢包渣线镁碳砖的侵蚀机理分析[J];炼钢;2016年05期

3 郑华林;张益维;刘少胡;;水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究[J];中国安全生产科学技术;2016年07期

4 刘昱;李光强;杨治争;饶江平;;中间包涂料对钢液洁净度的影响[J];过程工程学报;2016年02期

5 王少华;彭耐;邓承继;祝洪喜;员文杰;宋云飞;;原位反应生成Sialon结合Al_2O_3-C材料的抗渣侵蚀机理[J];硅酸盐通报;2015年09期

6 武锋;孙福振;王金星;闫维三;;钢包耐材对钢中夹杂物的影响及优化[J];河北冶金;2014年08期

7 张艳奎;韩兵强;邱文冬;贺恒星;龚柳百;鄢文;李楠;;不同Al_2O_3含量的镁铝尖晶石抗钢包渣侵蚀性研究[J];耐火材料;2013年02期

8 张美杰;黄奥;顾华志;林小龙;毕思标;吕洁;尹路;;连铸中间包用耐火材料冲蚀的数值模拟[J];特殊钢;2010年04期

9 黄奥;顾华志;雷明;张美杰;张丽;周双玲;;精炼钢包刚玉基耐火材料冲蚀的有限元分析[J];硅酸盐通报;2010年01期

10 代真;牛晓光;沈士明;;流体力学因素对空冷器冲蚀影响的定量分析[J];石油化工高等学校学报;2007年04期

相关博士学位论文 前1条

1 陶绍平;钢包内衬用MgO基和Al_2O_3基耐火材料对钢质量的影响研究[D];郑州大学;2007年

相关硕士学位论文 前6条

1 邵东;煤化工管道冲蚀磨损数值模拟研究[D];华东理工大学;2016年

2 张博杰;水流作用下海上风机桩式基础局部冲刷三维数值模拟研究[D];天津大学;2012年

3 叶超;镁铝质钢包精炼用耐火材料与钢液相互作用的基础研究[D];北京科技大学;2008年

4 黄群新;铁水喷镁脱硫工艺优化水模实验研究[D];武汉科技大学;2006年

5 胡水;耐火材料高温耐冲蚀磨损性能试验方法研究[D];西安建筑科技大学;2005年

6 董刚;材料冲蚀行为及机理研究[D];浙江工业大学;2004年

本文编号：2873192