不锈钢表面渗铝层/ZrO2复合涂层残余应力模拟

目的 研究不同制备工艺参数对渗铝层/ZrO2复合涂层残余应力的影响。方法 采用ANSYS 18.1软件中的Workbench模块,采用热力耦合的方法,对沉积过程中不同制备工艺参数下产生的残余应力进行数值模拟。结果 保温时间由2 h增长至5 h,等效应力由895 MPa减小至862 MPa。沉积温度由400 ℃升高至700 ℃,等效应力由541 MPa增加至999 MPa。ZrO2层厚度从2 μm增加至14 μm,等效应力由925 MPa减小至835 MPa,但是渗铝层-氧化锆层界面的剪切应力由59 MPa增加至101 MPa。基体厚度的变化对基体及渗铝层内的热应力影响不大,但对ZrO2层有较大的影响,基体厚度由0.3 mm增加至0.8 mm,等效应力由745 MPa增加至850 MPa。渗铝层使等效应力由877 MPa减小至745 MPa,径向应力由-1235 MPa减小至-1072 MPa,剪切应力由105 MPa降低到89 MPa,轴向应力由-375 MPa减小至-312 MPa,其中ZrO2层中的轴向应力改变明显,由-128 MPa减小至-39 MPa。结论 增加渗铝保温时间,整个复合涂层的应力降低。沉积温度与室温相差越大,热匹配失衡越严重。ZrO2层厚度增加,基体和渗铝层的应力均有升高,ZrO2层内部除剪切应力稍增加外,其余应力均减小。基体厚度增加,ZrO2层等效应力和径向应力均明显增大,因此应降低基体的厚度。渗铝层起到很好的缓冲作用。     

精炼炉电耗控制分析

从现场生产和对生产数据的统计分析,查找出精炼炉精炼电耗高的因素。降低精炼炉电耗要考虑精炼时间、等待时间、钢水进站温度、操作水平及钢包保温性能等因素。主要通过控制出钢温度、精炼、生产操作等环节来降低精炼炉电耗。主要采取的工艺如下:(1)适当提高并稳定电炉的出钢温度,在加强管理的同时,各钢种平均过热度同期降低约2℃;(2)做好钢包保温材料、加强保温效果;(3)提高工人的操作水平,制定严谨的工艺制度,强化技术人员跟踪管理,还有要完善考核制度。采取上述措施后最终精炼炉电耗降低30k W·h/t。     

三流非对称中间包流场优化

以浙江青山钢铁有限公司中间包为研究对象,中间包为三流非对称,生产200 mm×200 mm小方坯,拉速为0.95~1.50 m/min。水模型试验采取3∶5比例进行试验,并且以数学模拟辅助观察,观察挡墙及导流孔参数对钢水流场和各流均衡性的引起的变化,找出最优设计方案。试验结果表明:原方案中间包右侧、中部和左侧水口的滞止时间分别40,17,17 s,均值为24.7 s且标准差为13,实际平均停留时间分别为636.9,519.4,459.4 s,均值为490.8 s且标准差为90.28,死区比例为23.9%,钢液流动一致性差;采用优化后的U型挡墙后,各水口滞止时间分别为33.8,31.2,29.7 s,平均值为增加到31.6 s,标准差降低为2.11,实际停留时间分别为502.1,532.7,517.1 s,平均值增加到517.3 s,标准差降低为15.3,各流在流动一致性方面有很大改善,死区比例降为19.8%。     

18 t三流非对称中间包流场数值模拟

针对三流非对称中间包,运用ANSYS Fluent软件对其控流方案进行模拟,比较不同方案下钢液的流场、温度分布和停留时间分布（RTD）特征。模拟结果显示:原方案中有明显的短路流出现,各个水口钢液的流动一致性差,3个水口的实际停留时间分别为459.44 s、519.43 s和636. 94 s,并且温度最大温差为7 K,死区比例为23.9%;最佳优化方案减少了短路流,钢液流动一致性提高,3个水口的实际停留时间分别为517.13 s、532.66 s和502. 12 s,死区比例降低到19. 8%,最大温差降低到2. 5 K,流动一致性良好,钢液流动更合理。工业试验以316L钢种为研究对象,中间包T[O]由49×10^-6降至40×10^-6,降幅为18. 4%,铸坯T[O]由34×10^-6降至28×10^-6,降幅为17. 7%,洁净度改善较为明显;中间包夹杂物数量密度由7. 2个/mm²降至4. 7个/mm²,铸坯由5.4个/mm²降至3. 5个/mm²,夹杂物数量降低。