Al2O3��������ײ���۳�����ֵģ���·���

基于分形理论,建立了Al2O3凝聚态夹杂物分形碰撞凝聚长大新数学模型,并利用Fluent软件将此新数学模型应用于某钢铁公司冶炼铝镇静钢的中间包中,从夹杂物的分布特征角度比较了新数学模型与传统等体积球状数学模型的差异。结果表明:与传统等体积球状数学模型相比,Al2O3凝聚态夹杂物分形碰撞凝聚长大新数学模型的计算结果数值较大,且夹杂物粒子分布特征复杂;新数学模型显示出了夹杂物粒子容易在出水口和入水口富集的特征,这与实际生产中Al2O3夹杂物容易堵塞水口现象一致;实际生产中很难找到球形Al2O3夹杂物,大多是簇群状形貌夹杂物,分形维数在1.78~1.85,表明Al2O3夹杂物分形碰撞凝聚长大新数学模型具有一定的现实意义。     

基于分形理论研究钢包底吹过程夹杂物的分形维数

依据相似理论,以LF精炼炉为研究对象,在不同时间节点拍照,采用图像分析软件(Iamge Pro-Plus)、Matlab软件和分形理论中计盒维数法,对液相中的不规则单颗粒及团聚体的分形维数进行计算,研究了不同流量下夹杂物粒子实际上浮速度与粒子边缘分形维数的关系。结果表明,盒维数求斜率法均可精确地求出夹杂物的分形维数,夹杂物的形貌越复杂,分形维数越大;增加吹气量,有利于夹杂物的碰撞团聚,使团聚体的分形维数变大;夹杂物的分形维数与实际上浮速度呈正相关,这与采用分形维数和动力直径计算的理论值基本一致,说明该方法是准确可行的。     

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。     

连铸结晶器内簇状夹杂物分形生长的Monte-Carlo模拟

建立夹杂物分形长大数学模型来描述连铸结晶器内夹杂物的动态长大过程.采用Euler方法给出了连铸结晶器内钢液流动和夹杂物的三维分布,采用Lagrange方法跟踪单个夹杂物颗粒在夹杂物浓度场中的运动来研究其碰撞、长大过程.计算结果表明:钢液的夹带作用是影响夹杂物分布的关键因素.钢液流动和夹杂物分布在连铸机内均具有上、下两个循环区,在出口处具有"W"分布特征.对于单个夹杂物,由于种于夹杂物不断吸附其它夹杂物,因此较大粒径的夹杂物具有多个突起和触手,呈簇状形态.     

示踪法研究轴承钢中混渣夹杂物的出没规律

利用放射性同位素Ca~(45)作为示踪元素,研究了轴承钢冶炼过程中混渣夹杂物的形成和上浮规律,以及钢中混渣夹杂物的残留量与其分布于钢中的状况、颗粒大小、形貌和组成。实验结果表明,混渣是造成轴承钢中点状夹杂物的来源之一。但是,通过适当的工艺措施,大部分夹杂物特别是大颗粒夹杂物可以排除。     

AN INVESTIGATION OF SLAG INCLUSIONS IN BEARING STEEL BY MEANS OF RADIOACTIVE TRACER

利用放射性同位素Ca~(45)作为示踪元素,研究了轴承钢冶炼过程中混渣夹杂物的形成和上浮规律,以及钢中混渣夹杂物的残留量与其分布于钢中的状况、颗粒大小、形貌和组成。实验结果表明,混渣是造成轴承钢中点状夹杂物的来源之一。但是,通过适当的工艺措施,大部分夹杂物特别是大颗粒夹杂物可以排除。     

夹杂物对A357合金冲击性能影响的实验研究

探讨了夹杂物含量对A357合金组织和力学性能的影响。采用添加铝屑的方法,向铝熔体中引入不同含量的夹杂物,测试了材料的冲击性能,观察了材料的断口宏观和微观形貌,并进行了微区能谱分析。结果表明,随着夹杂物逐渐增加,合金冲击功逐渐下降,同时其承受载荷的能力下降;随着夹杂物含量的增加,其断口组织逐渐显示出解理特征,夹杂物越多形成的夹杂物聚集区和异质颗粒相越多,严重影响合金组织的均一性,冲击时成为裂纹源。     

钢液夹杂物粒径与上浮时间关系研究

基于单个球形夹杂物为研究对象,忽略夹杂物间及对流等因素的影响,对比计算了钢液中夹杂物的匀速及加速上浮时间,并分析了密度条件和夹杂物尺寸对上浮时间的影响。结果表明,上浮时间与匀速处理时相对误差较小,可以将夹杂物的上浮按照匀速过程处理;浇铸前钢液进行5~10 min镇静处理,可使钢液中密度为2 700~3 100 kg/m3的尺寸较大夹杂物(dФ50μm)完全上浮,有效避免铸钢件上表面或铸锭上部产生夹渣或夹杂类缺陷,减少轧材或轧板的表面缺陷。随夹杂物颗粒密度增大,其上浮时间将延长。而夹杂物尺寸的减小,上浮时间急剧上升,正比于1/r2。     

不锈钢1Cr18Ni9Ti的冲击功及其分形行为研究

研究了含有不同体积分数ZrN和MnS夹杂物的1Cr18Ni9Ti钢中夹杂物含量、断口形貌与冲击功的关系。结果表明,随着分形维数DH的升高,材料的冲击功Ak逐渐增大。该钢在冲击功较高时呈韧性断裂,冲击功较小时呈脆性断裂。所以该钢的断口形貌、冲击功与分形维数具有对应关系。     

钢中非金属夹杂物控制技术发展现状及展望

钢中夹杂物的数量、尺寸、分布规律对钢产品质量有较大影响,因此,控制钢中非金属夹杂物是冶炼高品质洁净钢、提升产品品质的关键。通过对钢中非金属夹杂物性质、来源入手,分析了夹杂物碰撞、聚合长大、上浮及去除机理,同时对气泡吸附、电磁净化、过滤分离等夹杂物控制技术进行了对比分析,并对氧化物冶金技术发展现状进行了介绍。研究表明,气泡法与过滤法是以气泡和过滤器为媒介对钢水中夹杂进行吸附、捕捉并促进其进入渣相;电磁净化法借助电磁场离心力增加夹杂物碰撞、聚集长大的几率,但设备较为复杂,其应用受电力资源供给限制;夹杂物改性技术是将高熔点夹杂变性生成低熔点夹杂,促进夹杂物上浮,其操作简单,但容易造成钢水的二次污染。氧化物冶金技术通过改变夹杂物大小、形状和分布来钉扎和抑制高温下奥氏体晶粒的长大,避免粗大晶粒的形成,从而实现细化组织、提高钢的强度和韧性的目的。氧化物冶金技术为夹杂物的控制提供了新思路,具有重要的应用前景。     

多孔结构分形分析及其在材料性能预报中的应用

采用分形理论表征孔隙的结构特征,通过对烧结不锈钢纤维多孔材料的扫描电镜(SEM)照片进行图像处理和分形分析,详细研究图像分辨率、获取图像时的放大倍数、灰度图转化为二值图时阈值的大小等因素对孔结构分形分析结果的影响,并研究它们与分形维数的定性关系.结果表明,采用的烧结纤维多孔材料具有明显的分形特征,图像分辨率、放大倍数、阈值等因素对分形维数计算结果影响显著:与SEM图像的原始分辨率相比,分辨率变化越大则分形维数越大;分形维数随着放大倍数的增大而减小;灰度图转化为二值图时的阈值存在最佳值,且随着阈值的增大,分形维数先增大后减小.通过理论推导,建立了多孔材料孔隙度和渗透性能与孔结构分形维数之间的数学关系.可通过孔结构分形维数、面孔隙度、孔径等参数合理预测多孔材料的体孔隙度、渗透性能,预测结果与实测结果吻合良好.     

射流电沉积镍中晶体形态的可控生长

利用分形理论编程模拟了射流电沉积中沉积几率较小时粒子簇的生长形貌。基于模拟的原理,利用摆动射流电沉积改变了枝晶的树枝状分形生长特性,制备不同电流密度、摆动速度、NiSO4浓度和电解液温度时的二维多孔交织的金属镍枝晶簇。结果表明:随着电流密度的增大,枝晶簇开始由分形生长形态向多孔交织形态转变,分形维数也随之增大。随着摆动速度的减小,枝晶簇向致密、均匀的多孔交织形态转变明显,分形维数逐渐增大。NiSO4浓度较小时,枝晶簇的分枝较多,形貌较为致密;NiSO4浓度最大时,气泡的析出量大大减少,枝晶簇的分枝显著减少,难以形成多孔交织的组织;分形维数随NiSO4浓度的变化先增大后减小;电解液温度的升高使枝晶簇的形貌向致密型转变,分形维数逐渐增大。     

用分维研究采场顶板失稳的声发射过程

应用分形几何方法，对室内岩石试样及矿山顶板冒落前后的声发射参数进行了分析，寻求顶板冒落过程中声发射参数的分形特性，用分维来研究岩体失稳扔声发射规律。研究结果发现：采场顶板岩体冒落前的声发射参数（Ｃ、Ｅ）分布符合分形，不同类型的岩体虽然失稳前分维Ｄ大小不同，但表现出相同的规律性，即顶板处于相对稳定期时，分维值上升，当声发射参数达到临界状态时，分维值开始下降，分形维随岩体破坏的发展而减小，特别是最低的     

Effect of Pore Structure on Performance of Porous Metal Fiber Materials

孔结构是影响金属纤维多孔材料各项性能的关键因素之一,为此研究了孔结构对其性能的影响规律。采用气流铺毡法和烧结技术制备了FeCrAl纤维多孔材料,利用SEM观察其微观组织,同时测试了其拉伸强度、透气性和吸声系数（声强为 90~140 dB,频率为1000~3000 Hz）。利用自主研发的分形软件计算了孔结构的分形维数。另外,研究了孔结构对多孔材料拉伸强度、吸声系数和透气性的影响规律,建立了拉伸强度、透气性与分形维数之间的本构关系。研究表明,随着分形维数的增加,抗拉伸强度呈线性下降,而透气性显著增大;在相同的声强和频率下,吸声系数随着分形维数的增加而逐渐降低     

岩石料层冲击粉碎细观损伤观测及分析

采用ＡＳＭ６８Ｋ 半自动图象分析系统观测花岗岩料层动态粉碎产品的细观损伤特性， 分别从唯象和分形的角度研究了料层材料动态损伤的演化规律。研究结果表明：料层粉碎产品的损伤程度随冲击速度的提高而增加， 动态损伤分布具有分形特征， 分维数是反映料层动态损伤程度的一个特征量，用分维数定义的损伤变量与料层应变率呈近似的线性关系     

粗糙度和尖峰高度对粗糙铜晶圆表面化学反应动力学参数的影响

根据液固化学反应特性和欧几里得有效面积公式,建立了适用于粗糙晶圆表面的化学反应动力学方程,得到了不同晶圆表面的化学反应速率常数和化学机械平坦化(CMP)前后晶圆质量差。根据晶圆表面不同位置的lg(RMS height)lgx拟合直线斜率和截距的平均值,得到了每个晶圆表面的分形维数与尺度系数,进一步得到了铜膜化学反应分级数。通过分析晶圆表面分形维数对化学反应动力学参数的影响,可以得出： 当表面分形维数为2.917时,铜膜的化学反应分级数为1,此时铜膜的络合反应过程中的所有瞬时反应数量达到最小值。最后的验证试验表明： 晶圆表面分形维数越大,CMP后尖峰消除量越大,即铜膜表面化学反应速率越快;晶圆表面分形维数越小,CMP后粗糙度下降越明显,即铜膜表面化学反应均匀性越好。     

电磁搅拌对液态夹杂物聚并及去除行为的影响规律

高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,基于大涡模拟理论及欧拉-拉格朗日方法,对CSP结晶器内的多相流动及夹杂物碰撞聚并及去除行为展开深入分析。结果表明,电磁搅拌加剧了钢液在结晶器中的湍流强度,并促使更多夹杂物聚并上浮至渣金界面。并且,由于水平方向流速较大,钢液射流被限制在了电磁搅拌区域,显著降低了钢液射流深度,有利于夹杂物上浮。此外,由于电磁力的存在加剧了渣金界面波动,容易造成卷渣,因此,电磁搅拌对夹杂物的去除影响是双向的,既会提升内生夹杂物去除率,也会增加外来夹杂物的卷入风险。本模型对控制CSP结晶器连铸过程具有一定指导意义。     

Numerical Simulation of the Growth and Removal of Inclusions in the Molten Steel of a Two-Strand Tundish

In the current article, the growth of inclusions by turbulent collision and their removal in the molten steel of a two-strand tundish was calculated. The fluid flow was coupled with heat transfer and the concentration field of inclusions in the tundish. The weir and dam was effective to control the strong stirring energy within the inlet zone. The collision among inclusions in the inlet zone was far stronger than that in other zones. The rising velocity of 9.2-μm inclusions was far smaller than the flow velocity; thus, small inclusions followed the fluid flow well. The concentration of 4-μm, 5-μm, and 9.2-μm inclusions at the outlet were 9.9 ppm, 9.1 ppm, and 30.2 ppm, respectively. The concentration of other inclusions was within 2.0 ppm–6.0 ppm. The total oxygen of the molten steel at the outlet after reaching the steady state was 38.5 ppm assuming all inclusions were alumina. The removal fraction considering turbulent collision growth was 23.0% more than that without considering collision growth.     

点阳极电沉积枝晶的分形生长

利用分形几何的原理模拟点阳极电沉积中枝晶的分形生长,分别研究阳极大小、射流速度、NiSO_4浓度和温度等试验条件对点阳极射流电沉积中金属镍枝晶二维电沉积生长行为特性的影响,并从分形维数的角度对其进行分析.结果表明:点阳极射流电沉积中的枝晶也呈分形生长,其分形维数随着点阳极尺寸的增大而增加;射流速度的提高使枝晶簇根部的生长点明显增多,但在射流速度较低时,枝晶簇顶部的形貌较为致密;大量气泡的析出有利于产生分枝,此时气泡对枝晶生长的形貌起主导作用,使射流速度变化时的分形维数出现波折;电解质浓度的增大使枝晶簇的分形维数逐渐减小;且随着试验温度的提高,分形维数也随之增加.