超声处理对钢液中夹杂物去除和细化的实验室研究

研究了超声波处理去除钢液中夹杂物的可能性,以及超声波对钢中夹杂物细化的影响。实验结果表明,超声波单独处理可以去除钢液中Al_2O_3夹杂物,但去除率较低,在5%～12%之间,同时超声波对夹杂物产生细化效果,夹杂物平均直径减小,尺寸较小的夹杂物数量有所增加。     

板坯连铸结晶器内夹杂物去除的水模实验研究

通过结晶器水模实验对3种粒径的夹杂物在不同水流量、气流量和透气方式下的去除进行了模拟。结果表明：在临界水流量之前,夹杂物的去除率迅速下降;随着临界水流量继续增加,去除率缓慢增加。吹入气体后,夹杂物的去除率比不吹气时均有小幅提高。随着气量的增加,去除率较为平缓,这是受夹杂物被气泡俘获的概率、气泡区域和数量分布等因素影响而造成的。     

连铸中间包内夹杂物去除机理的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流去除夹杂物效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入冲击槽,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;浇铸速度较高时,仅靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

电磁过滤钢液中非金属夹杂物的运动速度和去除效率的理论分析

电磁过滤原理是根据非金属夹杂物与熔体导电性的差异,在电磁场作用下非金属夹杂物与熔体的运动规律不同,使非金属夹杂物与熔体分离,经流体力学分析、采用柱塞流及轨线模型研究电磁过滤水平流动钢液中非金属夹杂物的运动速度和去除效率,结果表明,非金属夹杂物的去除效率随着熔体流速（u)和过滤器的高度（2h)的降低而增加;随着电磁力（f)、电磁力作用区长度（x)和非金属夹杂物的粒径（dp)的增加而增加,经分析表明,采用电磁过滤法可有效去除粒径小于10um的非金属夹杂物,该模型可用来设计过滤器的结构和确定电磁过滤工艺参数,为电磁去除钢液中的非金属夹杂物技术的工业应用提供理论基础。     

气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1～10μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5 L/min时,Al₂O₃和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1～10μm内,Al₂O₃的去除率为21.7%～34.6%,TiN的去除率为22.7%～33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。     

板坯连铸结晶器电磁制动和吹氩过程的多相流动现象

利用数值模拟方法研究了高拉速连铸结晶器内电磁制动和吹氩耦合作用下的磁场、钢液流场和夹杂物行为,分析了电磁制动和吹氩量等不同工艺参数对结晶器内的钢液流动和夹杂物去除的影响规律.结果表明:电磁制动可明显减缓钢液流速(尤其是弯月面附近速度),但不利于小粒径夹杂物的上浮,5-50 μm的夹杂物上浮率由无电磁制动且不吹氩时的6.7%降低到3.3%;吹氩可增加整个上回流区钢液的向上运动趋势,粒径50 μm以下的夹杂物颗粒上浮率提高到8.9%;吹氩量增加使自由液面附近产生较强的漩流区,且容易产生二次涡流,直接影响液面波动情况和卷渣的发生;电磁制动和吹氩双重作用则有利于夹杂物上浮,5-50 μm小粒径夹杂物去除率可达12.2%,其被凝固坯壳的捕获率可降低到64.4%.     

钢液中气泡上浮去除夹杂物的研究现状

气泡粘附去除夹杂物和气泡尾流去除夹杂物是钢液中气泡上浮时清洁钢液的两种重要作用,对这两种形式去除夹杂物的机理进行了总结,分析了各自的特点和两者的相关性,为今后理论和实验研究提供依据和参考。     

应用过饱和气体生产清洁钢

将氮气或氢气溶入钢水，接着在真空状态下快速脱气，形成的气泡把初生夹杂物带到钢水表面。该工艺包括3个步骤：（1）使可溶气体强制地溶入钢水，（2）突然降低外界压力。由于压力降低，过饱和气体形成气泡，悬浮的夹杂物粘附在气泡上；（3）由于浮力作用，气泡携带着钢水中夹杂物快速上浮。使用该方法后，钢水中的细小夹杂物的去除率明显增加。此工艺叫＊艾＊＊＊M，由＊＊K公司发明。实践证明＊＊＊枕M工艺的效益比传统的氮气泡工艺好得多。如用＊KPERM工艺处理过的轴承钢坯中的5pm的夹杂物含量比传统的工艺减少50％以上，也未出现10p…     

大型钢锭表面夹杂物分布模拟研究

采用基于热焓-多孔介质法、湍流模型、动量和质量守恒方程建立了36 t大型钢锭锭模内钢液流动、传热和凝固的数学模型。采用Lagrange方法通过跟踪单个夹杂物在钢液中的运动,探明表面夹杂物在大型钢锭中的规律性分布,讨论了不同冒口保温条件对夹杂物的去除效果。结果表明,凝固早期,钢液流动强烈,夹杂物容易被先凝固的固相区域捕捉。随着凝固过程的进行,钢液流动减弱,夹杂物以上浮运动为主。加强冒口处保温可大大提高夹杂物的去除率。     

连铸中间包带过滤体湍流抑制装置的水模研究

通过水模型实验初步研究了在湍流抑制器中加过滤体对中间包钢液流场和夹杂物去除率的影响。采用染色剂显示了中间包中的流动状态,用聚乙烯颗粒测定去除率。结果表明,由于过滤体的阻碍作用,延长了示踪剂到达挡墙导流孔的时间;加过滤体后不同粒径夹杂物的去除率都得到提高,将近5%。     

ELECTROMAGNETIC FIELD REMOVE INCLUSIONS FROM ALUMINUM MELT IN ELECTROMAGNETIC FIELD

Electromagnetic separation of non-metallic inclusions from Al-Si melt is studied by theoretical analysis and experiments on self-designed electromagnetic separation apparatus. Metallographs and LECO Image Analysis System were used to analyze the content of alumina in aluminum alloy before and after electromagnetic separation. It is seen that removal effciency increases with the increase of electromagnetic force (EMF) and diameter of inclusion particles while decreases with the increase of melt velocity and height of separator. All alumina particles with diamete of 14μm have been removed successfully from the melt.     

RH真空精炼装置内夹杂物行为的实验研究

选择乳状液滴作为模拟夹杂物，利用水模型研究了RH装置内夹杂物的物理行为，考察了处理时间、提升气量、真空室内液面高度对夹杂物去除行为的影响规律．结果表明：RH处理12min能去除绝大部分模拟夹杂物；处理24min可将能够去除的夹杂物几乎全部去除；较大提升气量的去夹杂效果优于较小提升气量的去夹杂效果，但提升气量存在一个最佳值，本实验为20L／min；真空室内的液面高度也存在一个最佳值，本实验为46mm．     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

结晶器吹氩过程离散相运动行为模拟

本文通过建立欧拉-拉格朗日模型模拟钢液-氩气-夹杂物体系,研究气泡间的聚合、夹杂物之间的聚合、气泡对夹杂物的粘附机制。得到结晶器内流场、离散相（氩气泡、夹杂物）的大小、运动速度等信息。通过对大量离散粒子信息的统计得出气泡对去除夹杂物的影响。     

蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

目的 化学机械抛光(CMP)包含化学腐蚀和机械磨削两方面,抛光液pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力,从而影响抛光效果。方法 采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液,分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验,研究CMP过程中抛光液体系的变化。结果 连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚,满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm;均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定,无团聚现象,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%,能至少维持高材料去除率18 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm;混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%,之后磨粒出现小规模团聚现象,后9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%,18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%,但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。结论 一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液,但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合,因此,在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。     

采用高频磁场去除太阳能级硅熔体中的SiC粒子(英文)

高质量硅材料在光伏太阳能和电子设备中具有重要应用,然而原料中的非金属颗粒和金属杂质严重影响其电学性能和力学性能。由于SiC粒子会降低光伏电池的力学性能并导致分流问题,因此在制备太阳能电池之前必须将这些杂质从硅材料中去除。利用磁场去除液态金属中的非金属杂质是制备高纯金属的一项尖端技术。利用该方法去除冶金级硅材料中的SiC粒子,并结合杂质去除经典模型和计算流体力学对熔体中粒子浓度和分离效率进行计算。为检验该方法的有效性,采用感应炉进行多次实验。结果表明:该方法能有效去除非金属杂质,提纯硅熔体,且实验结果与模型的预测结果相符。     

流动控制结晶器内磁场和吹氩对夹杂物粒子群运动的影响

利用数学模型求解包含电磁力项的Navier-Stokes方程得到流场的速度分布，以流场为基础，建立夹杂物粒子群运动的计算模型，利用水模型实验检验单一球体运动轨迹的计算结果。没有磁场作用时，所有粒子分两组分别进入上下回旋区作螺旋线运动，部分粒子在回流区内作螺旋线运动后又进入水口射流区，然后再进入反向回流区，处于上部回流区的夹杂物具有去除的可能性，吹入氩气能增加夹杂物粒子进入上部回流区的机会，从而提高夹杂物粒子的去除率，施加磁场后，夹杂物粒子的螺旋运动消失，同时粒子的运动速度明显降低，吹入氩气和施加磁场两者均能有效地控制夹杂物粒子群的运动。