取样过程钢水中夹杂物的运动及析出行为研究

发布时间：2020-06-06 04:30

【摘要】：非金属夹杂物的控制是洁净钢生产的重要研究内容之一,夹杂物的运动及析出行为直接影响着钢中夹杂物的种类和分布,最终影响钢材产品的质量和性能。在实际生产过程中,通常采用吊桶取样、圆饼取样等方式分析钢水中的夹杂物水平,但不同的取样器中夹杂物的运动和析出条件不同,使取样检测的结果具有一定的差异性,尤其是对析出条件敏感的MnS等夹杂物更为显著,导致取样无法准确地反映钢液真实的洁净度水平。因此,研究不同取样方式对夹杂物的运动及析出行为的影响规律,从而反推钢中的夹杂物形貌与分布,是对钢水取样过程标准化的初步探索,同时也是指导洁净钢生产向着更高标准前进的重要尝试。首先以热力学软件Factsage的计算结果为依据,分析了MnS和Al2O3的析出条件；通过设计实验室高温管式炉实验,得出了冷却过程MnS当量直径与冷却条件的内在联系,构建和验证了MnS尺寸大小与冷却速率之间的关系模型；在此基础上,进一步实验探究了MnS包裹Al2O3形成复合夹杂物的影响因素,并得到了A1含量和S含量及不同冷却速率对MnS包裹Al2O3复合夹杂物包裹率的影响规律。基于理论分析和高温实验的结果,并结合流体力学理论和夹杂物碰撞理论建立不同取样器内夹杂物运动及析出行为模型,预测不同取样方式对夹杂物的分布及尺寸的影响。最后结合工业取样试验的结果,进一步揭示取样过程钢水中夹杂物的运动及析出规律。研究结果表明：1)基于热力学计算结果,Mn、S含量的变化会引起MnS析出温度的改变。Al2O3在钢液中呈固态,随着钢液温度的降低,MnS夹杂物在凝固末端开始析出,利于形成外柔内刚的MnS包裹Al2O3复合夹杂物,改善钢材性能。2)随着冷却速率的增加,MnS的尺寸逐渐降低,分布更加紧密。当Al2O3夹杂物的尺寸小于4.2μm,Al2O3可以作为MnS析出的异质形核核心进而生成复合夹杂物。3)S含量直接影响MnS的析出量,当S含量达到0.02%时,钢样中所有氧化物会被MnS夹杂物全包裹。4)钢液流入取样器的方式决定取样器内的流动状况以及温度场的分布。取样器容积越小填充越快,速度场流动越剧烈,温度场的均匀也更迅速。由于碰撞长大等运动行为,造成夹杂物在取样器项部的浓度高于底部的浓度。45μm的夹杂物浓度减小百分比分别为0.78%和0.65%,夹杂物粒径越小,因碰撞长大减小的百分比越大；150μm、240μm、380μm的夹杂物浓度增大的百分比分别为1.92%、1.10%、0.99%。5)设计的4组不同尺寸吊桶样在冷却过程中的冷却速率分别为：1.02K/s,8.15K/s,26.13K/s和41.15K/s。4组不同尺寸吊桶样中的氧硫复合夹杂物的包裹率依次为：48.18%、16.28%、4.65%和0%。由上至下观察吊桶样中夹杂物的尺寸分布发现,与中部和下部夹杂物相比,上部夹杂物的尺寸更加分散,且大尺寸夹杂物的数量更多,其平均尺寸也更大。实验结果从一定程度上地揭示出取样过程钢中夹杂物的运动及析出规律,能够为取样过程标准化提供有效的基础依据。
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图５－１１巧精ｆｔ巧得到的组织巧片逡逑－

巧５－１３空冷条件下巧样中ＭｎＳ央琪巧的形巧逡逑３）水冷冷却方式对夹杂物形貌的影响逡逑图５－１４是两组水冷实验结果的典型ＭｎＳ夹杂物电镜图片，ＭｎＳ夹杂物逡逑的形貌主要是液滴状、棒状居多，含有少量的条状レッ及纺链状。使用ＩｍａｇｅＪ逡逑软件测量利用巧描电境观察到的图片，，从测量结果发现，ＭｎＳ的形貌更多的逡逑是n

本文编号：2699168