冶金过程中的气液两相流模拟

冶金过程是一个涉及高温、多相流动和复杂物理变化及化学反应的多个反应单元体串联和并联的冶炼过程。目前由于单元反应器现场条件的复杂性和测量观测手段的限制,数值模拟和物理模拟相结合的研究方法已成为重现和解析其物理现象及传输机理不可或缺的手段。在洁净钢的冶炼中,由于气相的参与,形成了复杂多变的气液两相流,对反应器内的传输行为产生重要影响。两相流模拟的核心在相界面上,相间动量传递模型和相间作用力模型的精确性是准确预报不同两相流体系中气相分布的关键。本文综述了冶金过程中基于Euler体系模拟气液两相流动的几种基本模型,以及相间作用力模型和湍流模型。总结了不同冶金过程和反应器内(转炉炼钢、电炉炼钢、精炼、中间包、结晶器)气液两相流动传输行为数值和物理模拟的应用和发展趋势。     

低合金高强钢热浸镀55Al-Zn-1.6Si-3Mg合金的组织结构研究

对比研究了H420低合金高强钢热浸镀55Al-Zn-1.6Si-3Mg和Q235普碳钢热浸镀55Al-Zn-1.6Si-3Mg界面反应层的组织。运用OM、SEM和EDS对界面反应层显微组织、元素分布、相组成进行分析。结果表明,界面反应层由Fe2Al5相,Fe Al3相和Fe-Al-Si金属间化合物三相构成,保温时间较长时Fe Al3相会破裂、溶解。根据能谱分析并结合相图推断了Fe-Al-Si化合物的种类,H420/GL+3%Mg界面反应层出现了τ3相、τ4相、τ5相、τ8相、τ1 0相,Q235/GL+3%Mg界面反应层出现了τ1相、τ5相、τ6相、τ8相、τ10相、τ11相。     

外加磁场下印尼海砂铁矿氢还原动力学研究

利用比例为2∶1的高纯氢氮混合气,在外加磁场与无磁场条件下,对印度尼西亚海砂矿颗粒进行低温还原,并对还原工艺进行了详细研究。采用XRD、SEM以及化学滴定法等分析测试手段,对不同条件下还原得到的海砂矿进行物相、微观形貌以及还原程度的检测分析。并利用未反应核动力学模型对试验数据进行拟合,判断还原反应过程中的限制性环节,探究海砂矿颗粒的还原工艺。结果表明:外加磁场对海砂矿的还原有明显促进作用,其金属铁含量及还原度均高于无磁场条件下的。在600～700℃时整个还原反应的限制性环节由界面化学反应控制,700～900℃时由内扩散和化学反应共同控制。     

X12CrMoWVNbN钢的热变形行为及热加工图

利用Gleeble3180热模拟试验机,在变形温度为950~1100 ℃,应变速率为0.001~1 s^-1,真应变为0.7的条件下,对X12CrMoWVNbN钢进行了高温单向热压缩试验。通过不同条件下的高温流变曲线分析了变形温度和应变速率对试验钢热变形力学行为的影响。以Arrhenius方程为本构模型,建立了能够预测该钢流动应力的本构方程。基于动态材料模型和试验参数、结果,绘制了该钢不同应变量下的热加工图并结合图进行了组织分析。结果表明,流变峰值应力和稳态应力随温度降低或应变速率升高而升高;功率耗散系数随应变速率降低和变形温度的升高而增大;最优热加工区域功率耗散系数η的值都在0.4以上,且这些区域的变形组织晶粒均匀细小;0.3、0.4、0.5和0.6应变下的最优热加工区域都处于变形温度1050~1100 ℃、应变速率0.001~0.003 s^-1的范围。     

白云鄂博矿气基还原试验研究

通过热重分析、XRD与SEM等试验手段,利用氢气和一氧化碳对白云鄂博矿在650~1 050℃温度范围内的气基还原过程进行了研究,并研究了还原温度和时间、气体流速对样品的金属化率和微观形貌的影响。结果表明,当还原温度为850℃、气体流速为200 m L/min时已经能保证较好的还原率。此条件下氢气还原20 min,金属化率可达到70%以上;一氧化碳还原40 min,金属化率可达到82%。     

CaO-MgO-Al_2O_3渣与IF钢液氧传递过程的电化学研究

采用44%CaO-5%MgO-51%A1_2O_3渣、IF钢液和铂丝构成三电极体系,通过理论分析和循环伏安法,研究了1 823 K高温下CaO-MgO-A1_2O_3渣在外加电场中的电化学行为。并借助扫描电镜与能谱分析,观察分析铂丝电极的微观形貌与析出物成分。结果表明,在本试验条件下,炉渣中的氧化物在外加电场中发生分解反应,渣金体系外加电场脱氧的电极反应受电势参数、离子浓度等因素控制。在脱氧过程中,炉渣中的(O2-)在阴极放电形成O_2析出,炉渣中的Fe~(2+)、Mg~(2+)、Ca~(2+)等在阳极被还原。炉渣中的氧势降低,钢液中的[O]向炉渣中扩散,从而达到钢液脱氧的目的。     

硼对铸态Al0.3CoCrFeNi高熵合金组织及性能的影响

采用冷坩埚悬浮熔炼法制备了Al_0.3CoCrFeNiB_x(x=0,0.01,0.05,0.1)系列高熵合金。利用X射线衍射仪、电子背散射衍射分析、扫描电子显微镜及附带的波谱仪分析了B的添加对Al_0.3CoCrFeNi合金组织结构的影响,研究了Al_0.3CoCrFeNiB_x合金的显微硬度、室温摩擦磨损性能及室温压缩性能。结果表明:Al_0.3CoCrFeNi合金为fcc结构,随着B含量的增加,fcc相基体中晶界处Cr₂B析出相逐渐增多,且Cr₂B相由颗粒状分布逐渐转变为连续网状分布,致使合金的硬度、耐磨性和屈服强度均逐渐提高。可见,Cr₂B析出相弥散强化作用显著,Al_0.3CoCrFeNiB_0.1综合性能更佳。