电场作用下熔铁与铝碳质水口耐材间的润湿和侵蚀行为

摘要：探究了外加电场作用下铁熔体与水口组成材料间的润湿和侵蚀行为。通过高温电润湿实验可知,在铁熔体和水口组成材料基板间施加电场,促进了铁熔滴与固体基板间的润湿,且在一定电场强度范围内,固 液相间的接触角随着电场强度的增加而减小,固 液相间的润湿性变好。对电润湿后两相界面的微观结构进行了分析,结果表明外加电场促进了铁熔体与水口组成材料间的原子迁移,显著改善固液两相界面间的传质、扩散和溶解等作用。电润湿反应过程中铝碳水口表面经脱碳后产生了孔隙,并且在外加电场作用下铁熔体易于向水口基板内部渗透,导致铁熔体对铝碳水口的侵蚀程度较高纯石墨和氧化铝基板更为严重。     

RH壁面润湿性对气液两相流行为的影响研究

以某钢厂300 t RH真空精炼炉为原型,建立了相似比为1∶1的三维数值模型,研究RH气液两相流在不同壁面润湿条件下行为变化。通过采用多相流(Eulerian)模型进行气液两相流模拟,对不同的壁面润湿条件下的流体行为和流动特性进行分析。结果表明各种提升气体量下,壁面润湿角在60°时循环流量、气相体积分数和浸渍管内液相速度均最小;在0～180°以60°为拐点,循环流量、气相体积分数和浸渍管内液相速度先减小再增大;在120°～150°对气相的扩散和液相流动的促进作用最有效,对RH精炼进程的加快最适合。     

高炉内渣铁焦界面润湿行为研究现状及展望

 高炉作为目前世界上最大的移动床式冶金反应器,保持高炉内良好的透气透液性是保证高炉稳定顺行的关键。高炉内部被软熔带分割开来,分为上部固体散料区和下部固液共存区,下部的固液共存区是决定高炉透气透液性和煤气流分布的重要区域,因此若想明晰高炉影响透气透液性的关键,必须对高炉下部固液共存区的反应进行全面研究。高炉高温区焦炭床与渣铁的相互作用行为是决定铁-焦-渣交互作用及高炉透气透液性的重要因素,调控好液态渣铁与焦炭床的润湿性变化,可以有效改善高炉内部的透气透液性,最终会影响高炉生产效率和稳定性。因此,明晰高炉内渣铁焦的界面润湿行为显得尤为重要。首先对界面润湿现象进行了概述;然后详细从铁水成分以及焦炭性质对铁-焦界面润湿行为的影响进行了总结;其次详细分析了炉渣温度、炉渣成分以及焦炭自身性质对渣-焦界面润湿行为的影响。结果表明,目前高炉内渣铁焦界面润湿行为的研究已经从实验室试验以及基础模拟方面进行了研究,研究结果可为高炉操作者理解高炉内渣铁焦界面润湿行为提供初步理论指导,但仍需在可反映高炉内实际复杂情况的润湿行为变化方面进行深入研究。     

钢液对耐火材料的润湿角测定

本文实验测定了08A1钢、16Mn铜同几种耐火材料之间的润湿角,分析讨论了影响润湿角的因素。为进一步研究钢液与耐火材料之间的界面作用提供了必要的数据。     

超声波对金属相与陶瓷相间润湿角的影响

金属相与陶瓷相间的润湿性对陶瓷刀具的性能起着重要作用,为了改善固?液界面结构,提高陶瓷材料的综合性能,研究了烧结过程中超声作用产生的能量对金属相与陶瓷相间润湿角的影响。根据粉末液相烧结理论,构建了固?液双球冠润湿模型。依据润湿模型和最小能量原理,建立了润湿角与表面能、超声能、几何参数之间的关系。研究表明:在超声波作用下,固?液、液?气间的表面能增大,有利于液相烧结的进行,有助于减小润湿角;部分声能转化为热能,影响润湿角的变化;当超声波频率和振幅增大时,有利于润湿角的减小,提高金属相与陶瓷相间的润湿性。     

活性粉末Ni-Al与SiC陶瓷的界面润湿特性和润湿机理研究

采用座滴法研究了不同Al含量、不同温度和保温时间对Ni-Al/SiC体系界面润湿性的影响,通过SEM、XRD分析了Ni-Al/SiC体系的润湿机理.结果表明,Ni-Al系焊料与SiC陶瓷的润湿过程属化学润湿,在本研究的试验范围之内,随着Al含量增加、温度升高、保温时间延长,润湿角下降.由于界面反应产物Al4C3的生成导致的扩散层体积增大是Ni-Al/SiC体系润湿性得到改善的关键.     

炼铜炉渣与澳斯麦特炉喷枪的润湿性研究

采用座滴法研究氮气气氛下铜冶炼澳斯麦特炉水淬渣与澳斯麦特炉喷枪表面的润湿行为,并探讨保温时间、温度、喷枪材质(310S及316L不锈钢)及熔渣中Fe(Ⅲ)含量对润湿角大小的影响。单因素试验结果表明,1 200℃时澳炉渣与310S不锈钢基片的润湿角(20°)小于与316L基片的润湿角(26°),温度升高时,润湿角均减小,1 250℃时分别下降至5°和20°左右。熔渣与两种不锈钢材质之间的润湿角差异加大,由1 200℃时的6°增大到1 250℃时的15°。当水淬渣中加入质量分数3%Fe(Ⅲ)时,熔渣与不锈钢基体间的润湿角均会有所增加(1250℃时316L基片增加2°,310S基片增加9°),熔渣与基底之间的润湿性降低。在实际生产中,选择相对较高的熔炼温度(1 250℃),控制炉渣中较低的Fe(Ⅲ)含量,以310S作为喷枪枪身材质时,枪身挂渣效果会更好。     

Cu-Ti合金中Ti含量对C/C复合材料润湿性能的影响

利用超高温接触角测量仪、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究Ti含量对Cu-Ti合金与C/C复合材料润湿性的影响。结果表明,随Ti含量增加,Cu-Ti合金对C/C的接触角逐渐降低。当Ti的质量分数为4.8%时,接触角降低到90°以下,Cu-Ti合金与C/C复合材料部分润湿;当Ti的质量分数为8%时接触角降为0°,Cu-Ti合金与C/C复合材料完全润湿。润湿界面形貌与Ti含量相关,当Ti含量为8%时,界面出现宽大的层状剪切裂纹;当Ti含量为12%时,界面致密无裂纹,Cu-Ti合金能较好地渗入C/C复合材料中的孔隙;当Ti含量为16%时,界面出现数量较多的细小裂纹,Cu-Ti合金熔体中的钛元素向界面扩散形成富钛层,并与C/C复合材料中的碳元素反应生成厚度为3~5μm的连续TiC层,该TiC层可改善合金对C/C复合材料的润湿性能。     

Al-Ti-C细化剂制备过程中润湿及界面反应的研究

在材料的制备、加工过程中,液—固相间润湿行为和界面间相互作用这一物理化学现象是常被提及的,因为对其研究不但在理论上有重要意义,在实际工程中也是必须考虑的关键因素,它对于材料制备的可能和材料形成的性能起到了较大程度的决定作用[1]。本实验研究以Al-Ti-C晶粒细化剂合成中的润湿反应行为及反应过程当中的合金组织形成机制为重点,通过润湿与反应条件的优化,选用液-固反应法成功制备Al-5Ti-0.25C中间合金基础上,通过OM和SEM等技术方法,系统分析了合成参数对其合金组织演化的影响规律,分析探讨了润湿与反应机制。     

CuAlSiTi系活性钎料对SiC陶瓷的润湿性

采用座滴法实验研究了CuAlSiTi系活性钎料中的各组分含量对SiC陶瓷润湿角的影响 ,借助于SEM和EPMA结合热力学探讨了界面反应。通过推导润湿角与界面反应吉布斯能变化ΔG的函数关系进一步阐述了各组分对润湿角的影响机制 ,CuAlSiTi合金对SiC陶瓷的润湿性随Ti ,Al含量的增加 ,润湿性提高 ,随Si含量的增加 ,界面反应受到抑制 ,润湿性降低。     

不同钛含量的钢与Al2O3和MgAl2O4界面润湿行为

高温下钢液中会生成大量的非金属夹杂物,对钢的浇铸工艺和钢产品性能产生不利影响。通过研究高钛钢与夹杂物的界面润湿行为,以期为高钛钢成分设计以及夹杂物的控制研究提供理论依据。以不同钛含量的钢样品以及Al₂O₃和MgAl₂O₄为研究对象,采用改进后的座滴法进行高温润湿试验得到表观接触角;通过电子探针对样品界面的微观形貌和元素进行表征,并结合热力学计算对钢与夹杂物的界面润湿行为进行解释。当钢中钛质量分数分别为0.01%、0.31%和0.68%时,Al₂O₃/钢润湿系统的表观接触角分别为96°、90°和112°,润湿后的样品界面均匀,无新反应相的存在和明显的元素富集。MgAl₂O₄/钢润湿系统的表观接触角分别为113°、106°和130°;低钛含量(w(Ti)=0.01%)时,界面无反应相生成,高钛含量时,界面存在不连续的反应层,为MgS、MgO、Ti₄S₂C₂     

不同碳含量镁碳砖与熔渣间的润湿和侵蚀行为研究

文章通过高温润湿实验研究了不同碳含量的镁碳砖与四元熔渣的润湿和侵蚀行为。由高温润湿实验可知，随着镁碳砖中碳含量的降低，熔渣与MgO-C耐火材料间的接触角逐渐减小，在相同温度下熔渣与含碳量高的镁碳砖的接触角更大，在润湿反应结束后，只有碳含量为16%的镁碳砖与熔渣的接触角仍大于90°;随着镁碳砖中碳含量的增加，炉渣向耐火材料内部的渗透深度也逐渐减小，由94.90μm(12%C)降低至31.65μm(16%C)。镁碳砖中的碳含量的降低，可为熔渣的扩散、溶解和渗透等界面反应提供动力学条件，最终致使熔渣对镁碳砖的侵蚀更为严重。     

高炉内铁?焦界面的渗碳润湿行为研究

高炉内铁水渗碳过程是影响冶炼效率及未饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀的重要因素。本文通过高温真空润湿性测试装置模拟了高炉炉缸区的铁水渗碳反应,分析了不同碳质量分数（3.8%、4.3%、4.8%）的Fe?C熔体与质量分数为99.9%的石墨基体在高温下界面间的润湿反应,同时利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究了渗碳界面的微观形貌及渗碳距离。结果表明:界面接触角随着Fe?C熔体中碳含量的增加而变大;熔化过程中,接触角随着反应时间延长而减小,并最终趋于稳定;4.8%碳质量分数的Fe?C熔体中由于含碳量已至饱和,处于不润湿状态。扫描电镜分析显示,Fe?C熔体与石墨基体的接触界面形成了“球帽状”凹陷,凹陷半径与体积随碳含量的增加而减小。能谱线扫描分析显示,随着Fe?C熔体中初始碳含量的增加,石墨基体中的碳素溶解量减少,渗碳效果变差,良好的润湿性有利于碳的传质。通过计算表面能发现,石墨基体中碳素溶解进入Fe?C熔体后,有效减小了两者之间的表面能,使得表面张力减小,接触角在熔化期间递减。      

钢液中非金属夹杂物团聚的机理分析

 为更加准确地通过水模模拟非金属夹杂物在钢液中的运动行为和去除率,在理论分析的基础上提出了新的相似关系—润湿相似。通过夹杂物在中间包内去除的水模型实验,验证了润湿相似的重要性。对夹杂物团聚机理进行了分析研究。结果表明：在一定的湍动条件下,颗粒的浓度和非金属夹杂物在钢液中的不润湿性所导致的疏液作用是使颗粒发生碰撞团聚的主要因素。     

重轨钢钢液与镁质耐火材料的润湿行为

采用座滴法研究了MgO、MgAl₂O₄和MgO-CaO三种镁质耐火材料与重轨钢钢液在1 550℃下的润湿行为,结合电子显微镜分析了润湿过程中钢液对不同耐火材料的渗透程度和不同耐火材料对钢液洁净度的影响。结果表明,1 550℃下,重轨钢与MgO、MgAl₂O₄和MgO-CaO耐火材料的起始接触角分别为116.8°、133.5°和147.1°,其平衡接触角分别为97.6°、91.0°和109.4°。MgAl₂O₄耐火材料会大量溶解于重轨钢钢液中,导致钢珠表面形成大量的MgAl₂O₄夹杂物,同时容易被钢液侵蚀渗透,平均渗透深度为163.4μm; MgO-CaO耐火材料与重轨钢钢液在界面处会生成致密Ca-Si-O反应层,阻碍了钢液向耐火材料的渗透,但反应物会进入钢液并弥散在其表层;MgO耐火材料与钢液的相互作用最小,最不易对钢液的洁净度产生影响,被钢液侵蚀的程度也较小。     

Si和Mn含量对液态Zn润湿钢的动力学影响

含Si和含Mn的高抗拉强度钢有时出现不为液态Zn合金所润湿的情况，很多研究致力于改善液态Zn的润湿性。本工作是用静滴法检测在不同润湿角和直径时液态Zn滴随时间延长对含Si、Mn钢润湿的变化。可定量计算液态Zn对这种钢的润湿性。Si降低液态Zn对钢的粘着力和在钢中的扩散速度，Mn对润湿角和粘着力的影响较小，但在Si含量较高的情况下，有时会增大Zn在钢中的扩散速度。     

建筑用玻璃与可伐合金润湿规律

为实现建筑用玻璃与可伐合金的可靠激光封接,本文针对影响封接质量的主要因素(温度、时间、粗糙度及氧化层)对两者润湿性能的影响开展了研究.当保温温度由800℃提高至900℃,液态玻璃黏度降低致使其在可伐合金表面的流动性增强,润湿角由69.5°降低至31.1°.在850℃下延长保温时间(5~40 min),液态玻璃在低黏度条件下有充分的时间铺展,润湿角降幅为30%.随着可伐合金表面粗糙度的提高,液态玻璃向四周扩散需要克服的势垒增加,当粗糙度值Ra由0.186μm升至0.563μm时,润湿角由46.9°升至69.5°.由于可伐合金表面氧化层可与液体玻璃发生扩散而形成较强离子键,使得两者润湿性能显著提高,润湿角降低幅度达到23.6%.因此,在实际激光封接过程中,增加保温温度和时间、降低钢板表面粗糙度及钢板预氧化处理将有效地提高玻璃与钢板的润湿性能.      

含氟烧结矿粘结相润湿性研究

以包钢含氟烧结矿的粘结相为研究对象,考察了粘结相的物性随粘结相组成的变化规律.通过改变粘结相的碱度及MgO、CaF2和FeO的含量研究了不同成分粘结相的熔化特性及其熔化后对Fe3O4的润湿性.研究结果表明:碱度变大,MgO含量增加使粘结相的熔化温度升高,润湿角增大;CaF2和FeO能降低粘结相的熔化温度和润湿角.     

板坯连铸异钢种连浇混浇坯长度及成分变化模型的开发及应用

基于建立的连铸中间包及结晶器内钢液混合过程的物理模型,开发了板坯连铸异钢种连浇过程混浇坯长度及成分变化模型。以某钢厂单流板坯连铸机220 mm×1560 mm断面Q235与Q335Ti钢的混浇过程为研究对象,采用水模型试验结合数值模拟确定模型的关键参数,并通过开展现场试验对混浇坯取样验证模型的准确性。结果证明:混浇坯成分取样与模型预测的成分偏差小于5%,且模型预测的混浇坯长度与人工确定的一致。故采用该模型可跟踪不同混浇工况下中间包内及铸流上钢液的混合行为,准确预测混浇坯的长度以及成分变化规律。采用该模型研究了拉速及中间包内剩余钢液质量对混交坯长度及不同浇注长度铸坯C元素质量分数变化的影响规律。发现当拉速保持不变时,中间包内剩余钢液越多,混浇坯越长;当中间包内剩余钢液质量保持不变时,拉速越大混浇坯越短。相比而言,中间包内剩余钢液质量比拉速对混浇坯长度的影响更大。另外当拉速不变时,随着中间包内剩余钢液质量的增加,C元素质量分数由0.16%变化到0.18%的速率减慢;当中间包内剩余钢液质量不变时,随着拉速的增加,C元素质量分数由0.16%变化到0.18%的速率增加。因此异钢种连浇过程,适当提高拉速以及减少中间包内剩余钢液质量,可有效减少混浇坯长度,成分变化速率降低。      

沼气提纯过程中二乙醇胺溶液吸收二氧化碳的影响因素

采用交互作用正交试验设计,系统研究了进液流量、进气流量、CO₂体积分数、进液温度及其交互作用对填料塔中二乙醇胺溶液吸收CO₂的转化率η和气相总体积传质系数K_Ga_e的影响.经过直观分析和方差分析,评价了各参数对η和K_Ga_e影响的显著程度.实验发现进液流率、进气流率、CO₂体积分数、进液温度,以及CO₂体积分数与进气流率、进液温度与进液流率、进液温度与进气流率的交互作用对η影响显著;进液流率、进气流率、CO₂体积分数、进液温度、CO₂体积分数与进气流率的交互作用以及进液温度与进气流率的交互作用对K_Ga_e影响显著;进气流率增加,η降低而K_Ga_e增加;进液流率增加,η和K_Ga_e均增加;进气CO₂体积分数增加,η和K_Ga_e均降低;进液温度升高,η和K_Ga_e均呈先增加后减小趋势.