连铸中间包内夹杂物碰撞长大和去除的研究

发布时间：2017-12-16 10:10

  本文关键词：连铸中间包内夹杂物碰撞长大和去除的研究

  更多相关文章： 中间包 夹杂物 颗粒尺寸分组 碰撞长大 夹杂物去除

【摘要】：钢的洁净度对钢的性能有直接影响。影响钢洁净度因素之一为钢中非金属夹杂物的数量、尺寸、成分和形貌。夹杂物的形核、长大和去除与钢液的流动、夹杂物颗粒间的碰撞密切相关。关于钢中夹杂物颗粒间的碰撞长大和去除过程的研究,已有很多报道,但下列几点还没有系统研究：1)三维宏观流动和不同尺寸夹杂物之间碰撞的完全耦合;2)关于在钢渣界面处夹杂物的去除过程,还没有建立起和三维流动直接结合的去除理论;3)已有研究中均忽略了夹杂物成分对夹杂物碰撞和在钢渣界面去除的影响。本文系统阐述了钢中夹杂物碰撞长大的理论、上浮去除、耐火材料表面吸附,并介绍了各自相应的数学模型和求解方法。针对两流连铸中间包开发了数学模型预测钢中夹杂物瞬态浓度变化和尺寸分布,并且基于ASPEX检测分析结果对模型给予验证。讨论确定夹杂物颗粒间碰撞主要方式为Stokes碰撞和湍流碰撞。通过考虑钢液湍流脉动速度、夹杂物在钢渣界面处的润湿性、界面张力、夹杂物密度和尺寸等,建立了钢渣界面处夹杂物去除模型。通过Hamaker常数考虑夹杂物成分对其碰撞过程的影响。研究发现：12CaO·7Al2O3、MgO·Al2O3、Al2O3和SiO2四类夹杂物凝聚系数大小关系为：αSiO2αAl2O3α12CaO7Al2O3αMgO·Al2O3。研究发现,在整个中间包浇注过程中,夹杂物颗粒间碰撞长大和去除过程一直处于非稳态,达到平衡所需时间为2440 s,而中间包平均停留时间仅为625s,这说明在每一炉的浇注期间,中间包不可能处于稳态；夹杂物去除率为16.3%,随着碰撞过程的进行,小尺寸夹杂物颗粒逐渐碰撞生成大尺寸夹杂物,前者对总的夹杂物质量或体积贡献降低,后者贡献逐渐提高；由于A1203和Si02夹杂物在钢渣界面处润湿性较差,易于从钢渣界面处去除,对应去除率分别为39.2%、36.5%,而液态12CaO·7Al2O3的夹杂物去除率仅为26.6%。针对当前连铸中间包内钢液停留时间短(625 s)、死区体积所占比例较大(20.3%)等缺点,进行扩容优化设计。优化后连铸中间包内钢液的平均停留时间延长3.5 min,死区体积所占比例较优化前减小比例为15.3%,夹杂物去除率较优化前提高比例为16.5%。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF777

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本文编号：1295630