钢中非金属夹杂物界面去除过程微观模型研究
发布时间：2020-12-15 12:10
钢中夹杂物会破坏钢材组织的统一性,多数夹杂物是有害的。去除夹杂物是炼钢的主要任务之一。围绕固、液态夹杂物在钢液中上浮、与界面相互作用、渣中溶解去除等微观过程,建立了一系列微观模型,获得如下结论:完善了基于受力分析的夹杂物穿越界面行为模型,模型考虑了夹杂物溶解和静态停留;预测了夹杂物被界面截停后的位置及溶解过程;利用模型在统一的时间线上分析了夹杂物从上浮至最终消失所经历的物理、化学全过程,确定了夹杂物的运动时间相对于溶解过程极其短暂;对于小尺寸夹杂物,物理穿越界面的过程是其限制性环节;对于大尺寸的夹杂物,动态运动阶段溶解半径减小只有2.5%,最终消失还需要通过在界面上侧的静态溶解来完成。建立了固态夹杂物穿越钢-渣界面的流体动力学模型,高精度地实现了固态夹杂物在钢-渣两相中运动行为的模拟并通过水模型实验进行了验证;模拟分析了固态夹杂物在钢液中上浮、穿越钢-渣界面的行为,揭示夹杂物去除过程的机理及规律;在所模拟三相物性条件下,半径10-100μm夹杂物符合斯托克斯上浮,1000μm的夹杂物上浮速度只有斯托克斯速度的1/10;夹杂物存在能否穿越界面的临界尺寸,大尺寸夹杂物穿过界面的概率更大,夹...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１各类夹杂物变形示意图??（１）脆性夹杂物：主要是指呈串族状的不变形的脱氧产物，在轧制时不??发生尺寸和形状上的变化，但可以沿加工方向成串状或点链状排列，如ａｉ２〇３、??Ｃｒ２０３、尖晶石等
?钢中非金属夹杂物界面去除过程微观模型研究???大、碰撞等理论研究较多，相应的去除技术也得到了发展与应用。??实际生产发现在底吹气体精炼钢液的过程中，底吹气流流股对钢液形成??搅拌，搅拌能够促进润湿角（接触角）大于９０°的非“亲”钢液的氧化铝夹杂??物之间的碰撞长大，形成簇状夹杂物。当夹杂物和钢液之间的润湿角小于９０°，??夹杂物不易聚集长大，Ｋ．?Ｎａｋａｊｉｍａ［１８】在研究Ａｂ〇３—ＭｇＯ以及ＭｇＯ夹杂物??的运动行为时通过形态分析和理论分析，发现Ａｈ〇３—ＭｇＯ夹杂物在钢液表??面上分布较散，在钢液凝固过程中，不同于氧化铝夹杂物，镁铝尖晶石夹杂??物并不会发生团聚，如图２－２所示。??＿??ｉｉ?．．?ｉｆ??瞧，匪，Ｄ??图２－２?Ａｌ２０３—ＭｇＯ夹杂物在钢液凝固过程中的分布??在冶金过程中主要在精炼和连铸过程中依靠夹杂物自身浮力上浮或者吹??气搅拌带动夹杂物上浮，促使夹杂物聚集长大和吸附在内壁来实现夹杂物的??去除［１９】。文献［２Ｑ】通过数学模型计算研宄表明中间包钢液内夹杂物碰撞－团聚－??上浮是夹杂物去除的主要方式。??图２－３气泡粘附去除夹杂的两种类型??－６?－??
?北京科技大学博士学位论文???目前很多研究工作者认为气泡粘附去除夹杂物和气泡尾流去除夹杂物钢??包中气泡去除夹杂物的主要方式［２１＿２３］。??气泡粘附去除夹杂物的过程为［２４］：气泡向上运动接近夹杂物并和碰撞区??域中的夹杂物发生碰撞、夹杂物和气泡之间形成液膜、夹杂物颗粒在继续上??浮的气泡上发生震荡或在气泡上滑移、液膜排液后破裂形成稳定的气－液－夹??杂物三相接触、气泡携带夹杂物上浮，气泡吸附去除夹杂物的过程如图２－３所??／ＪＮ?ｏ??杨虎林１２５１对气泡尾流去除夹杂物的过程进行了详细研究，发现气泡尾流??不仅有助于夹杂物的上浮，而且在气泡的尾部分为边部尾流区和尾流上升取，??如图２－４所示，气泡的直径越大，夹杂物粒子浓度越大都有利于气泡尾流去??除夹杂物。气泡尾流去除夹杂物的过程：夹杂物靠近气泡的尾流边界区、尾??流将夹杂物带入尾流上升区、夹杂物随尾流上升或脱离尾流区。??（１）泰、＇?（２）?４Ｙ?＜３）??Ｌ＿ｂ＿ｊ４?ｋ＿?ｆ?Ｌ＿ｆｃ＿Ｊ?ｆ??ｉｉ?＊?＾?ｉ！?Ｉ?ｈｒｔＷ??ａ?ｊ?＿?＊?ｊ?／／?＼＼?！ｖ?ｊ?／／?＼Ｎ?！??ｉ？卜?ｍ?ｔ：．?ｔ．－士??二?Ｋ?？??图２－４气泡尾流去除夹杂物示意图??＿??图２－５气泡上升过程的＃结果??－７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]气泡尾流去除钢液中夹杂物机理的水模型研究[J]. 杨虎林,何平,翟玉春. 特殊钢. 2014(01)
[2]钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响[J]. 赵东伟,包燕平,王敏,马文俊,苏利川. 北京科技大学学报. 2013(09)
[3]钙处理工艺对X70管线钢夹杂物的影响[J]. 初仁生,杨光维,黄福祥,王万军,王新华. 钢铁研究学报. 2013(05)
[4]钙处理对钢中非金属夹杂物行为的影响[J]. 马文,孙彦辉. 钢铁研究. 2013(02)
[5]板坯连铸中间包气幕挡墙夹杂物去除的研究[J]. 刘国梁,苑品,季晨曦,马威,崔衡,崔阳. 炼钢. 2012(03)
[6]钢中非金属夹杂物[J]. 金属热处理. 2012(03)
[7]钙处理钻具用钢中CaS夹杂物分析[J]. 冀鸰,左锦中,邵淑艳,聂爱诚. 炼钢. 2012(01)
[8]钢包软吹氩对钢中夹杂物去除效果的研究[J]. 王文军,刘金刚,李战军,郝宁,朱志远,孙硕猛. 钢铁. 2010(09)
[9]中间包气幕挡墙水模与工业试验研究[J]. 崔衡,包燕平,刘建华. 炼钢. 2010(02)
[10]脱氧工艺对车轮钢氧化物夹杂控制的影响[J]. 汪国才,包燕平,吴宗双. 炼钢. 2010(01)
硕士论文
[1]共聚焦激光扫描显微镜的研制[D]. 周一览.浙江大学 2002
本文编号：2918241
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１各类夹杂物变形示意图??（１）脆性夹杂物：主要是指呈串族状的不变形的脱氧产物，在轧制时不??发生尺寸和形状上的变化，但可以沿加工方向成串状或点链状排列，如ａｉ２〇３、??Ｃｒ２０３、尖晶石等
?钢中非金属夹杂物界面去除过程微观模型研究???大、碰撞等理论研究较多，相应的去除技术也得到了发展与应用。??实际生产发现在底吹气体精炼钢液的过程中，底吹气流流股对钢液形成??搅拌，搅拌能够促进润湿角（接触角）大于９０°的非“亲”钢液的氧化铝夹杂??物之间的碰撞长大，形成簇状夹杂物。当夹杂物和钢液之间的润湿角小于９０°，??夹杂物不易聚集长大，Ｋ．?Ｎａｋａｊｉｍａ［１８】在研究Ａｂ〇３—ＭｇＯ以及ＭｇＯ夹杂物??的运动行为时通过形态分析和理论分析，发现Ａｈ〇３—ＭｇＯ夹杂物在钢液表??面上分布较散，在钢液凝固过程中，不同于氧化铝夹杂物，镁铝尖晶石夹杂??物并不会发生团聚，如图２－２所示。??＿??ｉｉ?．．?ｉｆ??瞧，匪，Ｄ??图２－２?Ａｌ２０３—ＭｇＯ夹杂物在钢液凝固过程中的分布??在冶金过程中主要在精炼和连铸过程中依靠夹杂物自身浮力上浮或者吹??气搅拌带动夹杂物上浮，促使夹杂物聚集长大和吸附在内壁来实现夹杂物的??去除［１９】。文献［２Ｑ】通过数学模型计算研宄表明中间包钢液内夹杂物碰撞－团聚－??上浮是夹杂物去除的主要方式。??图２－３气泡粘附去除夹杂的两种类型??－６?－??
?北京科技大学博士学位论文???目前很多研究工作者认为气泡粘附去除夹杂物和气泡尾流去除夹杂物钢??包中气泡去除夹杂物的主要方式［２１＿２３］。??气泡粘附去除夹杂物的过程为［２４］：气泡向上运动接近夹杂物并和碰撞区??域中的夹杂物发生碰撞、夹杂物和气泡之间形成液膜、夹杂物颗粒在继续上??浮的气泡上发生震荡或在气泡上滑移、液膜排液后破裂形成稳定的气－液－夹??杂物三相接触、气泡携带夹杂物上浮，气泡吸附去除夹杂物的过程如图２－３所??／ＪＮ?ｏ??杨虎林１２５１对气泡尾流去除夹杂物的过程进行了详细研究，发现气泡尾流??不仅有助于夹杂物的上浮，而且在气泡的尾部分为边部尾流区和尾流上升取，??如图２－４所示，气泡的直径越大，夹杂物粒子浓度越大都有利于气泡尾流去??除夹杂物。气泡尾流去除夹杂物的过程：夹杂物靠近气泡的尾流边界区、尾??流将夹杂物带入尾流上升区、夹杂物随尾流上升或脱离尾流区。??（１）泰、＇?（２）?４Ｙ?＜３）??Ｌ＿ｂ＿ｊ４?ｋ＿?ｆ?Ｌ＿ｆｃ＿Ｊ?ｆ??ｉｉ?＊?＾?ｉ！?Ｉ?ｈｒｔＷ??ａ?ｊ?＿?＊?ｊ?／／?＼＼?！ｖ?ｊ?／／?＼Ｎ?！??ｉ？卜?ｍ?ｔ：．?ｔ．－士??二?Ｋ?？??图２－４气泡尾流去除夹杂物示意图??＿??图２－５气泡上升过程的＃结果??－７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]气泡尾流去除钢液中夹杂物机理的水模型研究[J]. 杨虎林,何平,翟玉春. 特殊钢. 2014(01)
[2]钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响[J]. 赵东伟,包燕平,王敏,马文俊,苏利川. 北京科技大学学报. 2013(09)
[3]钙处理工艺对X70管线钢夹杂物的影响[J]. 初仁生,杨光维,黄福祥,王万军,王新华. 钢铁研究学报. 2013(05)
[4]钙处理对钢中非金属夹杂物行为的影响[J]. 马文,孙彦辉. 钢铁研究. 2013(02)
[5]板坯连铸中间包气幕挡墙夹杂物去除的研究[J]. 刘国梁,苑品,季晨曦,马威,崔衡,崔阳. 炼钢. 2012(03)
[6]钢中非金属夹杂物[J]. 金属热处理. 2012(03)
[7]钙处理钻具用钢中CaS夹杂物分析[J]. 冀鸰,左锦中,邵淑艳,聂爱诚. 炼钢. 2012(01)
[8]钢包软吹氩对钢中夹杂物去除效果的研究[J]. 王文军,刘金刚,李战军,郝宁,朱志远,孙硕猛. 钢铁. 2010(09)
[9]中间包气幕挡墙水模与工业试验研究[J]. 崔衡,包燕平,刘建华. 炼钢. 2010(02)
[10]脱氧工艺对车轮钢氧化物夹杂控制的影响[J]. 汪国才,包燕平,吴宗双. 炼钢. 2010(01)
硕士论文
[1]共聚焦激光扫描显微镜的研制[D]. 周一览.浙江大学 2002
本文编号：2918241
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