钢液中非金属夹杂物相关界面现象的基础研究

发布时间：2022-10-04 20:52

　　本论文研究了钢液中与非金属夹杂物相关的几个界面现象,包括夹杂物与夹杂物之间界面现象、夹杂物在钢-渣界面的行为、夹杂物与气泡之间的界面现象,并研究了这些界面现象影响下的夹杂物在吹氩钢水中的运动和去除。夹杂物与夹杂物之间界面现象:通过分析夹杂物粒子间空腔的自由能研究了钢水中固体夹杂物粒子的聚合过程。讨论了夹杂物粒子聚合机理,以及空腔形成过程的活化态、稳定态、平衡态和临界聚合距离等。结果表明:平衡能与夹杂物粒子半径的平方成正比而临界距离距离与夹杂物粒子半径成正比;在炼钢生产实践中,湍流不能将微米尺寸的夹杂物聚合物破碎。夹杂物在钢-渣界面的行为:通过理论分析研究了固体夹杂物粒子在钢-渣界面分离的过程,提出了分别在受力控制和位移控制下的分离条件,考虑了夹杂物粒子周围的弯液面,计算推导了分离功和临界速度的解析表达式。通过与局部流场相耦合,建立了分离概率与时均速度和湍动能的函数关系。结果表明,夹杂物粒子在钢-渣界面处的三相接触角应尽可能大,以获得最有利夹杂物去除条件;大尺寸夹杂物粒子比小尺寸夹杂物粒子更容易从钢-渣界面分离。夹杂物与气泡之间的界面现象:采用数值模拟研究了湍流条件下气泡浮选去除夹杂物过... 

【文章页数】：198 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
    2.1 钢中非金属夹杂物
        2.1.1 夹杂物的形核
        2.1.2 夹杂物的碰撞
        2.1.3 夹杂物之间的聚合
        2.1.4 夹杂物在钢-渣界面行为
        2.1.5 气泡浮选去除夹杂物
    2.2 钢包吹氩精炼过程的模拟研究
        2.2.1 钢包吹氩精炼过程中的流体力学基础
        2.2.2 钢包吹氩精炼过程流场与混匀现象的模拟
        2.2.3 钢包精炼过程温度场的模拟
        2.2.4 钢包吹氩精炼过程夹杂物去除的模拟
    2.3 选题意义及研究路线
3 夹杂物与夹杂物之间的界面现象——夹杂物聚合模型
    3.1 弯液面与夹杂物粒子相切的简化夹杂物聚合模型
        3.1.1 几何关系的建立
        3.1.2 能量变化分析
        3.1.3 活化态、稳定态与平衡态
        3.1.4 临界聚合间距
    3.2 考虑夹杂物粒子与钢液间接触角的夹杂物聚合模型
        3.2.1 几何关系的建立
        3.2.2 能量变化分析
        3.2.3 活化态与稳定态
        3.2.4 平衡态
        3.2.5 临界聚合间距
        3.2.6 固体夹杂物粒子聚合机理
        3.2.7 模型验证
        3.2.8 压力差的影响
        3.2.9 与范德华力的对比
        3.2.10 钢液湍流的影响
    3.3 小结
4 夹杂物在钢-渣界面处的界面现象——夹杂物在钢-渣界面分离模型
    4.1 固体夹杂物在钢-渣界面的分离条件
    4.2 分离功与临界分离速度
    4.3 固体夹杂物在钢-渣界面的分离条件
    4.4 影响因素研究
        4.4.1 三相接触角
        4.4.2 夹杂物粒子尺寸
    4.5 小结
5 夹杂物与气泡之间的界面现象——气泡浮选去除夹杂物模型
    5.1 气泡形貌与上浮速度
    5.2 气泡周围的流场
        5.2.1 模型建立
        5.2.2 模型验证
        5.2.3 球形气泡周围的流场
        5.2.4 椭球形气泡周围的流场
        5.2.5 球冠状气泡周围的流场
    5.3 气泡与夹杂物间的相互作用
    5.4 湍流条件下气泡浮选去除夹杂物的数学模型
        5.4.1 球形气泡
        5.4.2 椭球形气泡
        5.4.3 球冠状气泡
        5.4.4 湍流的影响
    5.5 气泡捕获夹杂物概率模型的开发
    5.6 小结
6 吹氩条件下钢水流动的数值模拟
    6.1 数学模型
    6.2 计算过程与边界条件
    6.3 模型验证
    6.4 计算结果
    6.5 影响因素研究
        6.5.1 吹氩流量对吹氩钢包内流场和气泡运动的影响
        6.5.2 吹氩位置对钢包吹氩流场和气泡运动的影响
        6.5.3 双孔分布角度对钢包吹氩流场和气泡运动的影响
    6.6 小结
7 吹氩钢包内合金熔化和钢水混匀现象的模拟仿真
    7.1 数学模型
    7.2 计算过程和边界条件
    7.3 计算结果
    7.4 影响因素研究
        7.4.1 钢液温度和合金尺寸对合金熔化的影响
        7.4.2 吹氩流量对合金混匀的影响
        7.4.3 吹氩位置对合金混匀的影响
        7.4.4 双孔分布角度对合金混匀的影响
    7.5 小结
8 吹氩钢包内夹杂物去除的数值模拟
    8.1 数学模型
    8.2 计算过程和边界条件
    8.3 仅考虑气泡浮选去除夹杂物
    8.4 仅考虑精炼渣吸附去除夹杂物
    8.5 同时考虑气泡浮选和精炼渣吸附去除夹杂物
    8.6 小结
9 结论
    9.1 结论
    9.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]钢包底吹氩去除钢中夹杂物的数值模拟[J]. 巨建涛,王睿,折媛,赵福才.  过程工程学报. 2015(01)
[2]底吹氩钢包内钢液流动与合金扩散的数值模拟[J]. 任英,张立峰,李燕龙,余乐,李刚,李军涛.  钢铁研究学报. 2014(07)
[3]钢中非金属夹杂物的相关基础研究（Ι）——非稳态浇铸中的大颗粒夹杂物及夹杂物的形核、长大、运动、去除和捕捉[J]. 张立峰,李燕龙,任英.  钢铁. 2013(11)
[4]底吹钢包三相流的数值模拟[J]. 张江山,李京社,杨静波,刘宏伟,佟志新.  过程工程学报. 2012(06)
[5]钢包底吹氩过程夹杂物去除数值模拟研究[J]. 郭永谦,李京社,黄婷.  河南冶金. 2012(06)
[6]70t钢包单吹氩流场数值模拟[J]. 王宁峰,李晓红,贾红光.  机械工程师. 2012(10)
[7]钢液中夹杂物形核热力学的尺寸效应及临界晶核尺寸计算[J]. 王国承,张立峰.  钢铁. 2012(06)
[8]精炼时利用小气泡搅拌去除钢液中的氢和夹杂物[J]. 赵晶晶,程树森.  特殊钢. 2010(02)
[9]钢包底吹氩方式对LF精炼的影响[J]. 冯聚和,李博斌,魏国增,安志,李学民,贾雅楠.  北京科技大学学报. 2009(S1)
[10]钢包底吹氩卷渣临界条件的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吴华杰,马鑫.  特殊钢. 2009(02)



本文编号：3685742