中间包气幕挡墙的夹杂物行为研究

介绍了中间包气幕挡墙的工作机理,分析了气幕挡墙对中间包内钢水流场和夹杂物的影响,气幕挡墙的位置和吹气量等对其冶金效果会产生显著的影响,认为设计合理的气幕挡墙可以改善中间包内钢水的流场,延长钢水停留时间利于夹杂物的上浮。另外,通过微气泡的吸附作用50μm以下的夹杂物去除概率明显增加。     

铝脱氧含硫钢结瘤现象的分析

对某厂铝脱氧含硫QC40钢的结瘤现象进行了分析研究,取样分析了浸入式水口内壁的结瘤物,并对棒材夹杂物进行了分析。经扫描电镜及能谱分析发现结瘤物分为两层结构,靠近水口内壁层的结瘤物主要是MgO·Al₂O₃、高熔点CaO-Al₂O₃和低熔点CaO-Al₂O₃;第二层的结瘤物主要是MgO·Al₂O₃、高熔点CaO-Al₂O₃和CaS。棒材中的夹杂物主要为MgO·Al₂O₃、高熔点CaO-Al₂O₃和CaS夹杂物。分析认为出现这种结瘤现象的原因是CaS属于高熔点夹杂物,但其和钢水的润湿角为87°（小于90°）,属于和钢水润湿性较好的夹杂物,而MgO·Al₂O₃和高熔点CaO- Al₂O₃与钢水的接触角均大于90°,属于高熔点且与钢水润湿性差的夹杂物,因此出现了CaS夹杂物仅能在第二层结瘤的现象。利用FactSage软件对铝脱氧含硫钢的钙处理工艺进行了理论优化,认为通过优化钙处理工艺,减少二次氧化等措施,能够减少乃至杜绝浸入式水口的结瘤行为。     

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。     

连铸中间包环形气幕挡墙吹氩冶金技术开发与应用

分析了条形气幕挡墙夹杂物去除率低的主要原因,开发了一种弥散式环形气幕挡墙及吹氩智能控制技术,对流向中间包水口的钢液全部气洗,消除了条形气幕挡墙两端的三角形气泡盲区,解决了中间包钢液面降低过程中卷渣的关键技术难题,突破了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的关键技术瓶颈,提高了夹杂物去除率。     

结晶器电磁搅拌电流对铝镇静钢中夹杂物去除的影响

针对超低碳铝镇静钢的不同处理阶段,即从精炼、中间包、结晶器到铸坯不同位置进行在线取样。采用扫描电子显微镜和能谱仪分析试样中夹杂物的类型及尺寸,结合钢包顶渣变化及连铸生产情况分析夹杂物的来源。对比分析了结晶器电磁搅拌的电流（400和500 A）对铝镇静钢中夹杂物去除的影响。研究表明：精炼处理后夹杂物以脱氧产物Al₂O₃为主,并伴有CaO夹杂,CaO来源于钢包顶渣与钢液中[Al]_sol的反应。中间包内夹杂物仍以Al₂O₃为主,复合少量MgO,后者源自中间包衬的侵蚀。与400 A搅拌电流相比,500 A搅拌电流下弯月面卷渣较多,但大尺寸的Al₂O₃夹杂物减少。     

流动液体中夹杂物超声去除的影响因素

以高密度聚乙烯（HDPE）颗粒和水形成的悬浮液为研究体系。考察了有无超声波作用下。介质流量、夹杂物数量以及夹杂物的粒径对总去除率、上浮去除率、壁面粘附去除率的影响。实验结果表明，在短时间内（30s)超声波对流动液体中的夹杂物具有明显的去除效果。总去除率达93％。夹杂物的总去除率随着超声波输入电功率的增大而提高；超声波对较多数量或较大粒径的夹杂物去除效果更显著。超声波作用下流动液体中的夹杂物比静止液体中的更容易去除。超声波对流动液体中夹杂物去除效果的去除机理主要是通过气泡捕获夹杂物，超声空化效应产生直接包裹夹杂物的气泡以及通过夹杂物碰撞凝聚使夹杂物容易上浮实现去除。     

保温时间对U75V重轨钢中夹杂物的影响

通过真空感应炉冶炼U75V重轨钢,在箱式电阻炉中将试样加热到1100 ℃,分别保温30、60、90 min,使用扫描电镜对夹杂物进行分析。结果表明,未经热处理的试验钢中,夹杂物类型主要有3种,分别为MnS、Al₂O₃及MnS-Al₂O₃夹杂物。长条状MnS夹杂物随保温时间的延长有分裂趋势,保温90 min时,MnS夹杂物平均圆形度为1.86,与未经热处理的试样相比,圆形度降低了1.52。Al₂O₃夹杂物在保温30、60 min时,形态、大小变化不大,但数量减少,保温90 min时,部分Al₂O₃夹杂物尖锐棱角发生钝化,圆形度略微减小。试样经1100 ℃均热处理后,复合夹杂物增多,随着保温时间的延长,MnS-Al₂O₃夹杂物中MnS和Al₂O₃成分分布发生变化,外层的Al₂O₃有向内部运动的趋势,保温90 min时,夹杂物内部Al₂O₃富集,外包裹层中Al₂O₃含量极低,MnS-Al₂O₃夹杂物逐渐形成以Al₂O₃为核心,MnS外层包裹的复合型夹杂物,从而减小了对钢基体的损伤。     

中间包气幕挡墙试验研究

通过RTD试验和工业试验,研究了中间包气幕挡墙对中间包流场和去除钢水夹杂物行为的影响。RTD试验表明:中间包气幕挡墙可以改善中间包流场,不同的试验参数对中间包流体特征值的改变程度不一样。工业试验结果表明:气幕挡墙可以去除中间包大型夹杂,尤其是尺寸小于300μm的夹杂物。     

单流中间包底吹氩气去除夹杂物的数值模拟研究

以宝钢特钢提供的单流板坯连铸机的梯形中间包为原型,在中间包结构内部加装吹气装置,运用FLUENT软件进行了气-液两相流动、热传输和夹杂物去除的数值模拟研究。结果表明,当吹气量为0.3 m~3/h,吹气位置距离入口1 700 mm时,中间包内钢水流动状态得到明显改善,钢液流动更加合理,增加了钢液在中间包内的停留时间,促进夹杂物的上浮去除,夹杂物的总去除率为66.9%。     

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.     

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。     

精炼渣成分对42CrMo钢洁净度的影响

为了研究不同精炼渣对42CrMo钢中洁净度和夹杂物数量、尺寸的影响,采用渣-钢平衡试验和FactSage热力学理论研究了CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO四元渣系对42CrMo钢中洁净度和夹杂物控制的影响规律。结果表明,当初渣碱度(CaO/SiO₂的质量比)和钙铝比(CaO/Al₂O₃的质量比)分别为5和1.8时,能将钢中T.[O]质量分数降至7.5×10-6,同时夹杂物尺寸控制良好,均小于8 μm,在该渣系条件下,42CrMo钢的精炼效果最好;研究还表明,钢中夹杂物成分受渣系影响较大,特别是钢中夹杂物Al₂O₃含量受渣中Al₂O₃活度影响较大,Al₂O₃活度高的精炼渣渣系去除夹杂物Al₂O₃的能力弱,导致此精炼渣系下钢中夹杂物Al₂O₃含量高。     

Mg对X80管线钢夹杂物和奥氏体晶粒尺寸的影响

在实验室条件下,对X80钢进行了镁处理和热处理试验,分析了镁对钢中夹杂物和奥氏体晶粒尺寸的影响。结果表明,镁处理后,钢中钙铝酸盐类夹杂物含量减少,MgO·Al₂O₃夹杂物含量增加。Mg含量进一步增加,钢中会形成MgO夹杂物,导致MgO·Al₂O₃和Al₂O₃夹杂物含量减少。镁处理对钢中硫化物、碳化物和氮化物的类型和含量影响不大。镁处理可使钢中小尺寸夹杂物数量增加,夹杂物尺寸平均值减小。镁处理X80钢热处理后,钢中夹杂物主要为尺寸小于1 μm的MgO·Al₂O₃,具有钉扎晶界的作用,从而使镁处理后试样的奥氏体晶粒尺寸明显减小。     

大方坯六流中间包少流浇注时钢液的流动行为

在连铸过程中,由于钢水不足或设备故障,为适应生产节奏,关闭多流中间包单个或多个水口是常见操作。然而,水口的关闭会导致中间包流场发生变化,并进一步影响到中间包内夹杂物的去除效率。为此,针对某钢厂重轨钢用大方坯六流中间包,应用数值模拟的研究方法对关闭不同单个水口时中间包内的钢液流动行为以及夹杂物去除情况进行了研究,得出了最佳关停水口方案,为中间包水口关停的选择提供了必要依据。研究结果表明,当中间包关掉任意一流浇注时,中间包内的死区体积均会略微上升;关闭第一流对于中间包内夹杂物的去除的影响最小,此时10、30、50、70、90 μm的夹杂物去除率分别由正常浇注时的12.4%、39.1%、74.2%、93.3%、95.6%变为14.7%、36.4%、76.4%、85.3%、93.8%。     

汽车齿轮钢8620RH连铸坯中夹杂物研究

利用扫面电镜分析汽车齿轮钢8620RH连铸坯中氧化物夹杂的形貌和化学成分,结合具体的生产工艺,确定直径尺寸不小于25 μm的球状夹杂物是导致圆材B类夹杂物超标的主要原因,且此类夹杂物来源于炉渣。从提高精炼过程夹杂物去除效果和防止非稳态连铸过程卷渣,提高中包去除夹杂物能力等方面制定改善措施。     

镀锡板夹杂缺陷分析及控制

针对镀锡板冷轧工序表面缺陷,在冷轧镀锡板取样并结合电镜进行分析,得出铸坯卷渣(Al-Ca-Mg-Na-O复合夹杂)及铸坯中Al₂O₃夹杂物是镀锡板冷轧板点/线状缺陷产生的主要原因。通过研究某厂镀锡板转炉-精炼-连铸全流程生产中夹杂缺陷产生原因,采取了控制转炉出钢氧、保证RH循环时间及降低吹氧量、优化连铸工艺如浸入式水口插入深度、氩气流量、结晶器保护渣等技术措施,有效控制了镀锡板夹杂类缺陷,对应冷轧工序改判率由之前2%~3%下降至控制后0.5%以下。