球状金属颗粒在流动熔体中熔化过程的数学模型

针对冶金过程中常涉及到的固态金属在液态金属中的熔化过程建立数学模型,用焓法描述相变过程,采用有限体积法,对过热熔体中球状金属颗粒熔化过程及其影响参数进行研究.结果表明,金属颗粒的熔化受颗粒初始温度、熔体过热度以及熔体流动强度的影响.熔体流动对相变影响作用较大,受周围流体对流强度的影响,颗粒从表面凝固壳形成到熔化过程呈现非均匀性,在靠近上游的颗粒前端以及下游尾迹处颗粒熔化速度较快,而颗粒边缘熔化速度较慢.     

浸没在金属熔池中固体颗粒熔化过程的数学模型

建立了金属熔池中固体颗粒熔化过程的数学模型。该模型包括颗粒熔点高于、等于和低于熔池中金属熔点的情况。用冰块在水中及铝颗粒在铝熔池中熔化过程的实验数据检验了模型的可靠性，并分析了颗粒尺寸、熔池温度及颗粒相对金属熔体的滑移速度等因素对熔化过程的影响。     

超音速气雾化AgNi10粉末的微观分析

探讨了利用新型工艺-超音速电弧熔化气雾化的方法制备液态微溶、固态不互溶的AgNi10粉。利用电弧在放电时的高温使Ni熔解于Ag中，在随后的快速凝固过程中形成含有亚稳合金相的AgNi10粉末。X射线结果表明：经超音速电弧熔化气雾化之后Ag-Ni有固溶，且存在粉末颗粒越细小，固溶扩展越大的规律。扫描电镜结果显示：AgNi10粉末的颗粒粒度较均匀、细小，多集中在25-45μm(3^#粉占70％-80％)；取典型颗粒放大处理后发现：颗粒中富Ag基体上Ni(富Ni相)高度弥散分布，Ni相的尺寸在100nm数量级以下。     

开发电弧炉中脱碳和造渣模型

本文开发了电弧炉中的脱碳和造渣模型,该模型包括脱碳速率以及含碳物质和炉渣中氧化铁两者之间的反应速率,还有在金属、炉渣和气相中每种物质的物料平衡以及生铁、废钢和熔剂的熔化特征。将此模型应用于具有两次加料的电弧炉操作系统中,并且计算了金属和炉渣的动态化学组成随时间变化的函数关系。检验了原材料熔化模式、C—FeO反应速率和二次燃烧比率对操作的影响,确定了对化学成分变化影响最强烈的临界参数。这些参数与工业生产情况相吻合,因此,该模型可准确预测炉渣和钢水化学成分的变化。为了提高收得率、能量效率以及提高相邻炉次钢水和炉渣化学成分的一致性,采用此模型可使操作最优化。     

用白钨矿冶炼合金钢的动力学分析

运用动力学理论对白钨矿粉的化还原过程和渣中ＷＯ３的还原过程进行了计算和分析。结果表明：白钨矿粉在钢液中的熔化还原是白钨矿粉还原过程的关键环节。在高温电弧作用下,白钨矿粉的熔化还原速率很快。为了加速白钨矿粉的熔化还原。５白钨矿粉应放在炉底并远离炉壁。渣中ＷＯ３的扩散是其还原过程的限制性环节。它与渣 中ＷＯ３的传质系数及反应界面有关,改善渣 的流动性及扩大反应界面能加快ＷＯ３的还原过程。     

150t超高功率电炉直接还原铁炼钢工艺分析

通过对国内天津某厂150t超高功率电炉炼钢过程中的跟踪观察与纪录结果进行综合分析整理,结果表明,在碱度CaO／SiO2＝1．8～2．0和吹氧流速为4000～5000Nm3／h时,要保证渣中FeO20％左右这一理想泡沫渣形成条件的关键是生铁的配入量应为21％（35t）左右,电极“穿井”后进入熔化期加入直接还原铁（DRI）是降低电耗的关键。对于以连续加料的方式从炉盖第5孔加入的15％（25t）DRI,在3篮料的熔化潮时,分别加入4．2％（7t）、4．8％（8t）、6．0％（10t）左右DRI的加料方式较佳。     

中国现代电弧炉炼钢废钢快速熔化技术进展

在钢铁行业结构转型关键时期,提高电弧炉短流程工艺比例是降低钢铁行业温室气体排放、脱碳化的有效措施。为了推动短流程炼钢工艺发展,近年来电弧炼钢在废钢快速熔化方面取得明显进展。在回顾前人对废钢熔化速率研究的基础上,全面概述了废钢熔化机理以及影响因素,并结合近年来国内电弧炉炼钢在装备、工艺以及技术上就废钢快速熔化方面取得的进展,探讨了制约电弧炉废钢快速熔化的限制性环节,为废钢快速熔化在电弧炉炼钢装备、工艺、技术方面未来发展提供可行方向。     

通过钛脱氧细化低碳高锰钢显微组织以及二次脱氧颗粒的特征和作用

本文研究了脱氧夹杂物对低碳（0．07％wt％）、高锰（0．9wt％）碳钢显微组织的影响。通过在容量400g真空炉中的熔铁添加铝（0．05wt％）或钛（0．05wt％、0．03wt％或0．015wt％）完成脱氧试验。通过对凝固试样的再熔化和凝固过程中淬火,采用共焦激光扫描显微镜（CSLM）评价冷却速率的影响。在钛镇静钢试样中获得了细小二次脱氧粒子,粒子密度随氧含量的增加而增加,尺寸随凝固过程中的冷却速率增加而减小。发现了二次钛脱氧颗粒对显微组织演变的影响,例如凝固显微组织、奥氏体晶粒长大和奥氏体分解。通过FE—TEM检测脱氧颗粒,并分别在低氧（[O]=7×10^-6）和高氧（[O]=56．81×10^-6）钛镇静钢中确定为TiO、MnTiO3和Mn2TiO4,与那些通过热力学计算预测的结果定性相同。TiO、MnTiO3和Mn2TiO4的稳定性受Mn存在影响,通过热力学计算估算组成变化和氧化物分解。通过热机械处理评价了粒子对铁素体的形成影响,TiO最能有效通过异相形核促进铁素体的形成。粒子对铁素体形成的作用依如下顺序,TiO〉TiN〉MnS〉MnTiO3〉Ti2O3。结果发现二次钛脱氧颗粒产品通过凝固过程中前进的固相被卷吸,以PET（推进卷吸转变）速度、粒子尺寸和凝固速率为基础。枝晶末端和枝晶间区域的粒子很可能受钢水流动抑制,导致细小的凝固显微组织,     

粉芯丝材电弧喷涂的不稳定性分析

双丝电弧喷涂时,丝材顶端根据被加热状态可分为三个不同区域。其中,丝材顶端最外层被电弧直接加热（Ⅰ区）,这个区域的丝材完全熔化。由于传热效应使得相邻区域（丝材根部方向）的温度升高,从而产生软化区（Ⅱ区）。而与软化区相邻处（丝材根部方向）,传递的热量又软化了丝材并产生持续的变形区（Ⅲ区）,变形是由雾化气体所施加的动力产生的。采用高速摄像系统观察不同运行条件下丝材熔化、金属破碎并粒子形成的过程：Ⅰ区液态金属直接雾化成为很小的液滴,其尺寸是由熔化金属的特性和所施加的雾化气体压力所决定的,软化区是在阴阳极部位的金属薄片的源头。粉芯丝材的金属薄片要比实心丝材的尺寸小。受挤压作用形成的金属薄片形成二次引弧效应,因此增加了电弧喷涂过程的稳定性。本文分析了喷涂参数的影响、填充粉芯对熔化行为的影响、粒子形成以及喷涂过程的不稳定性,并将粉芯丝材和实心丝材的喷涂进行了对比。研究结果有利于提高双丝电弧喷涂模型的精度,并且可以通过优化喷管几何形状来增强金属液滴的雾化效果。     

粉末床熔融成形铜及铜铬系合金研究进展

近年来,越来越多的研究报道了粉末床熔融成形技术。这一技术通过热源扫描熔化粉末,逐层堆积直接成形复杂三维金属零件结构,能够极大地缩短产品生产周期,提高生产效率,特别是在选区激光熔化（SLM）以及选区电子束熔化（SEBM）制备铜及铜铬系合金方面取得了很大的突破。本文综述了粉末床熔融成形技术的基本原理和优势,以及在增材制造（AM）技术中,铜系材料打印存在的主要困难。介绍了不同制备方法对材料性能的影响,重点对比了SLM工艺在铜系金属上的高反射率问题,进而阐明提高铜对激光的吸收率是该成形技术的研究重点,以及SEBM工艺在铜系金属中存在的表面粗糙度问题的重要性。探讨了更为前沿的一种电子束-激光符合选区融化（EB-LHM）技术,虽然其工艺更复杂但能结合不同打印方法提升性能。探讨了不同成形工艺对材料微观结构和力学性能的影响,并对材料的打印方式进行了评价。最后对目前该领域存在的问题和未来的研究方向进行了展望。     

钛合金熔化和准备铸造的现代工艺过程

目前,在俄罗斯钛合金铸锭的主要生产方法是消耗电极在结晶器中的真空电弧熔化,用该法生产铸锭的工艺可保证不同用途的钛合金的各种需求.但在制定工艺时,需解决以下诸问题:应达到要求的金属的化学均匀性;消除严重降低零部件负荷寿命的夹杂;确定能保证半成品所必须的机械性能和组织以及铸锭的形状和尺寸,使金属损失和劳动消耗最低;保证残料的重新熔化.这些问题的解决则构成了再进一步完善钛合金熔化工艺.     

铁液中Al2O3纳米颗粒溶解和熔化的热力学研究

与块体材料相比,纳米材料尺寸小、界面能大,导致其溶解和熔化过程的热力学不同于块体材料.从理论上推导了Al2O3纳米颗粒在铁液中的元素平衡溶度积以及熔化温度与颗粒尺寸之间的关系,结果表明,随颗粒尺寸减小,平衡溶度积逐渐增加,熔化温度逐渐下降,而且粒径越小,平衡溶度积和熔化温度的变化率越大.经计算,1873K铁液中Al2O...     

高频电磁场对连铸初始凝固点的影响

连铸电磁搅拌过程中金属的初始凝固已被试验和数值模拟研究所证实，在金属内部的凝固温度曲线已被测量出，按照曲线就可以确定其初始凝固点的位置。研究发现，电磁场对凝固温度曲线的影响是很大的，且明显地降低了凝固初始点的位置。此外，根据测出的结晶器磁通量就可计算出电磁感应产生的热量。结晶器壁产生的感应热量用温度的形式在结晶器的内壁上被测量出来。为了弄清电磁场对注流金属和结晶器壁之间的内部热量转换行为的影响，进行了专门的试验测量内表面的热量转换系数。在上述测量的基础上，建立了一个描述金属注流传热和凝固的数学模型，从而计算出电磁场对金属注流凝固的影响。分析电磁场有三个主要作用：在金属内部产生热量、在结晶器壁产生热量、降低在金属注流和结晶器壁之间的传热速率。研究表明，结晶器壁产生的感应热量和结晶器和注流金属之间的传热速度的降低对凝固的影响。     

真空自耗炉熔化过程有新研究

本报讯近日，法国学者研究了真空自耗炉工艺中自耗电极的熔化行为和整体电弧运动对熔化行为的影响。     

铁液中Al_2O_3纳米颗粒溶解和熔化的热力学研究

与块体材料相比,纳米材料尺寸小、界面能大,导致其溶解和熔化过程的热力学不同于块体材料.从理论上推导了Al2O3纳米颗粒在铁液中的元素平衡溶度积以及熔化温度与颗粒尺寸之间的关系,结果表明,随颗粒尺寸减小,平衡溶度积逐渐增加,熔化温度逐渐下降,而且粒径越小,平衡溶度积和熔化温度的变化率越大.经计算,1873K铁液中Al2O3的质量分数为0.01%时,半径为0.1nm的Al2O3颗粒比块体Al2O3的平衡溶度积增加了11.71%;半径为1nm的Al2O3颗粒在空气和铁液中的熔化温度分别为1849K和1267K,比块体Al2O3的熔化温度分别下降了454K和1036K.     

重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析

 采用无水有机溶液电解法分离提取重轨钢中的MnS夹杂物,采用扫描电镜观察铸坯内和钢轨中MnS夹杂物的三维形貌,并结合能谱仪分析其成分。铸坯被轧制成钢轨后,相应的MnS夹杂物都沿着轧制方向被轧制成长条状。基于热力学和动力学模型,分析重轨钢中MnS夹杂物析出行为以及在钢液凝固过程中锰元素和硫元素偏析的程度。热力学分析表明,MnS夹杂物在凝固末期凝固分数为0.94时开始析出,其析出量由初始[w([Mn])]和初始[w([S])]决定,且在凝固过程受到冷却速率的影响,对比发现,热力学的计算析出结果与Thermo-Calc和FactSage6.4的计算结果有较好的一致性;动力学分析表明,在钢液凝固过程增加冷却速率,凝固析出的MnS颗粒尺寸将减小。通过调整钢中[w([Mn])]和[w([S])]以及改变冷却速率,可以控制MnS的析出时机和形态,减小其对钢性能的有害影响。     

选区激光熔化成形GH4169合金研究现状

介绍了选区激光熔化成形GH4169合金存在的球化、孔洞等常见缺陷的形成机理及工艺控制现状,重点分析了激光功率、扫描速率、铺粉厚度等工艺参数对选区激光熔化成形GH4169合金成形件组织性能的影响规律,以及热处理、颗粒增强等组织性能调控手段对选区激光熔化成形GH4169合金组织性能影响。从工艺控制、材料强化设计等方面对选区激光熔化成形GH4169合金进行展望,认为利用选区激光熔化成形技术开展颗粒增强GH4169复合材料的设计与成形是进一步提升选区激光熔化成形GH4169合金性能的有效途径。     

金属材料电弧增材制造技术研究现状

电弧增材制造（WAAM）技术将电弧作为热源，具备熔敷效率高、设备简单、成本较低的特点，在制备大型零件时具有更大的优势。基于3种典型电弧热源的电弧增材制造方法包括熔化极电弧（GMA）增材制造、非熔化极电弧（GTA）增材制造与等离子弧（PA）增材制造。GMA增材制造技术拥有熔敷效率高、易于实现等特点，特别是基于冷金属过渡（CMT）的增材制造技术取得了重要进展，主要缺点在于熔滴过渡对熔池的显著冲击易影响成形精度和质量。GTA增材制造技术具有最为稳定的电弧燃烧过程，具有无飞溅、成形精度与质量高等显著优势，特别适合于铝合金、镍基合金、钛合金等材料的增材制造。PA增材制造与GMA增材制造与GTA增材制造相比，存在能量密度高、集束性好等优点。但是PA合理参数区间较窄、参数匹配复杂、热输入大等缺点也限制了其在该领域的应用。由于增材制造过程使得后堆积层存在反复加热与冷却，增材制造成形件组织存在上中下区域的差异以及熔敷方向及垂直于熔敷方向性能的各向异性。增材制造金属材料的热循环过程对于晶粒尺寸、熔覆层性能以及成形精度非常关键，分别可以通过改变成形件冷却条件、改变熔池凝固条件对组织性能进行改善。新型电弧热源...     

钢液中废钢熔化行为的热模拟试验

废钢熔化过程是控制转炉炼钢过程温度轨迹和废钢比以及电弧炉炼钢能耗和生产率的限制因素.为研究废钢在钢液中的熔化机理,考虑了废钢熔化过程中的传热传质过程,并基于废钢熔化理论分析模型,在实验室中进行了废钢熔化的热模拟试验.研究结果表明,当钢棒浸泡在熔池中较短时间时,钢棒外层形成凝固层.由于激冷效应,在凝固层与钢棒之间形成气隙...     

旋转电极电渣重熔过程电极熔速的理论解析

摘要：旋转电极电渣重熔通过改变结晶器内熔体的流动和传热规律,增强了渣池与电极间的对流换热,在提高电极熔化速率和生产效率方面具有巨大潜力。提出了电渣重熔过程电极熔化速率的求解方法,并考虑了电极旋转时的强制对流,基于多物理场耦合模型预测了电极直径、转速对电极熔化速率的影响规律。结果表明,随着转速提高,金属液滴由从电极中心滴落向电极边缘滴落转变,高温区由渣池外侧向渣池中心移动。当转速从0增大至90r/min,55mm直径电极的熔化速率从7.90g/s增大至9.68g/s,对比固定电极,转速为90r/min时,生产效率最多提高了22.5%;进一步增大转速,电极熔化速率反而减小。存在一个最佳转速可使熔化速率达到最大,且该最佳转速随着电极直径的增大而减小。