钢液中夹杂物的碰撞长大及去除率

结合酒泉钢铁集团公司实际生产参数,通过理论分析和计算,研究了钢液中夹杂物碰撞长大的影响因素及去除率.增加搅拌能,升高钢液温度都有利于促进夹杂物间的碰撞.在夹杂物碰撞过程中,湍流碰撞起主要作用.适合于碰撞去除的夹杂物半径在1~13μm之间,其去除率为41.2%~87.8%.     

钢液中非金属夹杂物碰撞、长大的研究进展

 随着对钢质量要求的不断提高,对钢液中非金属夹杂物去除也提出了更高的要求。碰撞、长大是去除钢液中小粒径夹杂物的有效方法。针对钢液中非金属夹杂物碰撞、长大的最新研究,分析了不同碰撞机制下,非金属夹杂物的碰撞、长大情况,探讨了钢液中非金属夹杂物碰撞团聚的机制。数值模拟是研究钢液中非金属夹杂物碰撞、长大的一个重要方向。结合相关研究的最新进展,展望了今后的发展趋势。     

RH铝脱氧后夹杂物碰撞聚合去除的数学模型

在夹杂物碰撞经典聚合模型的基础上,使用了指数级增长的夹杂物分组方式,建立RH铝氧反应生成夹杂物、夹杂物碰撞聚合和夹杂物去除过程的数学模型,从而对RH冶炼过程夹杂物的质量分数及分布进行预测。得到结论如下：模拟结果与文献给出数据有很好的吻合度,模型真实可靠。夹杂物质量分数随着金属铝的加入而快速增加,循环300 s后,夹杂物的总质量分数从最开始的0升至0.065%左右,夹杂物质量分数达到最大值,继而在上浮、壁面吸附和顶渣吸附的作用下去除。经过900 s左右的钢液循环后,夹杂物的总质量分数降至0.01%左右,其整体去除率在84.6%左右,说明RH循环对夹杂物有很好的去除作用。加铝后900 s,2μm和50.8μm的夹杂物质量分数的最大值分别为0.000 02%和0.007 8%。     

钢液中非金属夹杂物团聚的机理分析

 为更加准确地通过水模模拟非金属夹杂物在钢液中的运动行为和去除率,在理论分析的基础上提出了新的相似关系—润湿相似。通过夹杂物在中间包内去除的水模型实验,验证了润湿相似的重要性。对夹杂物团聚机理进行了分析研究。结果表明：在一定的湍动条件下,颗粒的浓度和非金属夹杂物在钢液中的不润湿性所导致的疏液作用是使颗粒发生碰撞团聚的主要因素。     

电磁软接触方坯连铸凝固过程夹杂物碰撞长大行为

电磁软接触对于方坯连铸而言是一项重要的电磁技术。采用数值模拟方法分析了电磁软接触连铸机内电磁力场、流场和夹杂物场的分布特点。数值结果表明,应用电磁软接触后,电磁力主要集中在靠近结晶器的铸坯表面;电磁力在水口两侧产生涡流,同时加快了液面处钢液的流动。电磁软接触下连铸机内夹杂物分布与无电磁软接触下夹杂物分布大体相似。在结晶器下方,随着距液面距离的增加,夹杂物数量密度逐渐降低,夹杂物特征半径逐渐增大。在液面处,电磁软接触下夹杂物浓度、数量密度和特征半径明显降低。     

钢中稳定夹杂物分量的测定

提出了采用分光光度和原子吸收相结合的技术测量钢中稳定夹杂物分量ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＭｎＯ的方法。     

应用格子Boltzmann方法直接数值模拟研究钢中夹杂物上浮及碰撞行为

采用格子Boltzmann方法对钢液中夹杂物上浮及上浮过程中的碰撞行为进行直接数值模拟研究.结果表明,不同尺寸夹杂物颗粒上浮速度的模拟结果和理论值基本一致,表明本文所采用的数值算法能够精确有效地对钢液中固相夹杂物颗粒运动行为进行研究.当钢液中直径为80μm的夹杂物颗粒位于直径为40μm的下方并一起上浮时,直径为80μm的夹杂物颗粒会逐渐追赶上直径为40μm的夹杂物颗粒并发生碰撞形成大尺寸凝聚体,凝聚体的上浮速度显著大于二者单独上浮时的上浮速度.对于直径为40μm的夹杂物来说,形成凝聚体后的上浮速度比单独上浮时的上浮速度增加300%.实际炼钢过程中,采取必要的措施增加夹杂物颗粒之间上浮过程中的碰撞凝聚,对于提高夹杂物颗粒的上浮速度,尤其是小尺寸夹杂上浮去除速度,提高钢液的洁净度具有重要的意义.     

气泡和液滴的碰撞和聚合现象

采用水模型实验和高速摄像技术模拟了钢液中气泡与液滴碰撞聚合的现象和机理。根据韦伯数We和碰撞参数B的关系,气泡和液滴的碰撞结果分为聚合、反弹和拉伸分离3种。聚合分为靠近碰撞、形成液膜、形成稳定接触面、滑移、稳定上浮等过程;反弹分为靠近碰撞、形成液膜、滑移分离等过程;拉伸分离分为靠近碰撞、形成液膜、形成接触面和共同体、形成颈部、断裂等过程。当We很小时,气泡和液滴会发生聚合。随着We的增大,B适中时,两者聚合;B过小,两者反弹;B过大,两者拉伸分离。在实验的We范围内,3种结果中聚合情况最多。由此,根据相似性可以解释在钢液中少见液滴夹杂物的原因。     

液态夹杂与固态夹杂碰撞聚合的物理模拟和机理研究

针对钢液中液态夹杂与固态夹杂碰撞聚合的现象,采用水模型实验模拟了液态夹杂去除固态夹杂的行为.实验结果表明：其与液滴去除夹杂的机理类似,流体内液滴与固粒的碰撞存在3种形式：惯性碰撞、截留捕获和尾流捕获.通过理论公式计算了单独的惯性碰撞捕获效率及同时考虑惯性碰撞和截留的捕获效率,发现二者的趋势基本一致,尤其当液滴直径较大时,二者曲线大致重合,因此,可以得出惯性捕获占据主导地位的结论.这与实验中观察到的液滴与固粒聚合大多数都是惯性碰撞相吻合.对实验数据进行了分析计算,得到了实验中液滴捕获固粒的捕获效率,发现所得曲线与理论计算捕获效率值相比,有一定差异,但是趋势基本一致.这是因为湍动程度较低,不同直径的捕获效率相对较为均匀,没有理论计算曲线那样陡峭.     

钢液湍流漩涡中夹杂物运动行为

为研究钢液中湍流漩涡对钢中夹杂物行为的影响,采用Matlab软件对不同尺寸夹杂物所受斯托克斯阻力、重力、向心力进行分析,并构建钢液湍流漩涡中夹杂物运动行为模型。计算结果表明:漩涡中尺寸0~23μm的夹杂物以0~1m/s的初始切向速度做向心运动,逐渐聚集至涡心,其跃迁轨迹呈螺旋锥形,跃迁角、跃迁起点和终点与粒径、涡速相关。粒径、涡速越大,跃迁角越大,跃迁终点离涡心越远;而大于此尺寸范围的夹杂物惯性作用较强,离心运动趋势较大,重力将超过斯托克斯阻力成为主要作用力。通过水模拟实验得出漩涡中夹杂物的运动轨迹为螺旋锥形,与理论模型结果一致。     

Research on growth behaviours induced by collision between condensed inclusions in liquid steel and refractory surface

The morphologic features of inclusions are expressed with fractal dimension, the growth rate of collision between condensed inclusions and refractory surface are calculated using Matlab software, and then such the theoretical calculation results are verified with water simulation experiments, in order to analyse growth of condensed inclusions induced by collision of the refractory surface; it is shown from the results: The probability of collision between condensed inclusions and refractory surface can be expressed as (S?+?S_max???r)/(a?+?S_max); within a cycle of 0.02?s, the maximum movable displacement of less-than-50?μm inclusions is 35.8?μm, and the collision growth rate decreases by 10^?1 times over conventional collision growth rate. The obvious increase appears in the growth rate of turbulence collision, and such the rate is much higher than Brown collision and Stokes collision, as the main reason why refractory surface inclusion layer increases gradually.     

珠钢钢水夹杂现状调查

对钢水在精炼、连铸工序夹杂物状况进行调查，提出了对钢水夹杂的控制措施。     

中间包双层挡墙钙镁质填料对钢液夹杂物的影响

带填料的双层挡墙是1种新型的中间包控流装置,选择合适的填料可以更好地去除钢液中夹杂物。研究了使用钙镁质耐火材料作为双层挡墙的填料时,钙镁质耐火材料中w(CaO)对去除钢液夹杂物的影响。研究发现:填入w(CaO)为20%的钙镁质耐火材料时,试样钢中单位面积的夹杂物减少12.92%;而填入w(CaO)为30%的钙镁质耐火材料时,试样钢中夹杂物减少了25.84%。可以看出,钙镁质耐火材料作为中间包双层挡墙填料可以强化中间包去除夹杂物的效果。     

钢包底吹去除夹杂物的水力学模型

采用水力学模型方法对40t钢包单底吹去除钢水中夹杂物的行为进行了研究,分析了元件类型、渣层厚度、位置和流量等对夹杂物去除的影响规律。结果表明:在钢包底吹过程中钢水内夹杂物的去除率方面,弥散式透气砖均优于狭缝式底吹元件;底吹位置越靠近钢包中心时,去除夹杂物的效果越佳;在实验条件下渣层越厚,夹杂物去除率越高;底吹氩去除夹杂物存在一个最佳流量值。     

不锈钢典型夹杂物在轧制过程的衍变分析

不锈钢对冷板表面质量要求高,轧制过程中夹杂物是产生表面缺陷的主要原因之一。为了明确夹杂物对轧制过程表面缺陷的影响规律,通过中试模拟试验研究了热轧、退火和冷轧过程硬质镁铝尖晶石和低熔点硅酸盐2种典型夹杂物的变形特点,并采用数值模拟对冷轧过程夹杂物的变形机理进行了分析。结果表明,热轧过程高熔点的镁铝尖晶石不变形,低熔点的硅酸盐夹杂物在1 200～1 250℃热轧温度下为半熔融状态,具有良好的变形能力。硅酸盐夹杂物长宽比高、抗拉强度低,冷轧过程更容易断裂延伸,随着轧制的进行,断裂后夹杂物之间的距离逐渐增加,尺寸减小。相反,镁铝尖晶石不容易断裂、延伸,而且存在断裂延伸的临界尺寸,该临界尺寸随冷轧变形量的增加而减小。由于镁铝尖晶石容易造成不锈钢轧制缺陷,因此生产过程中应尽量避免其生成或控制其粒径。     

钙处理钻具用钢中CaS夹杂物分析

分析了钙处理油井钻具用钢37CrMnMo中夹杂物的特征,通过适当的钙处理,钢中主要形成细小的CaO-Al2O3-CaS复合夹杂物颗粒,夹杂物球化效果较好,但个别炉次中出现了大颗粒的不连续点状CaS夹杂。通过数据统计与热力学分析论述了钢中Al、Ca、O、S对CaS夹杂物的影响机理,并提出通过严格控制铝脱氧剂的加入量,可以有效控制夹杂物。     

钢帘线盘条中夹杂物形态和成分的调查

通过对国内外5个钢厂所生产的钢帘线盘条中夹杂物形态和成分的对比分析,找出了国内钢厂在夹杂物形态和成分控制上与国外钢厂的差距,尤其是在夹杂物的塑性和尺寸两个方面.同时还对盘条中T.O、N和Als含量进行了对比,结果表明国外钢厂的控制效果要明显好于国内钢厂.     

Ca对含钛微合金钢夹杂物的影响

摘要：以添加不同钙线的含钛微合金钢为研究对象,利用金相显微镜、SEM及EDS对试验钢夹杂物进行了研究,探索Ca处理添加量对含钛微合金钢夹杂物种类、尺寸、数量及形态的影响规律。研究结果表明,经0.13%的Ca处理后,钢中非金属夹杂物的尺寸减小、数量降低,夹杂物群簇现象得以减轻;经0.25%的Ca处理,可还原微合金钢夹杂物中部分Ti,提高Ti的收得率,在减轻夹杂物危害的同时又降低了生产成本。     

Effect of calcium on inclusions in titanium containing microalloyed steel

The inclusions in titanium containing microalloyed steel with different calcium contents were studied by metallographic microscope, SEM and EDS, to explore the influence of calcium content on the species, size, quantity and morphology of inclusions. The results show that size and quantity of non metallic inclusions in the steel decrease, and the inclusion clustering is alleviated after 0.13% calcium treatment. Part of Ti content in the inclusion of microalloy steel can be reduced, and the recovery rate of Ti is improved after 0.25% calcium treatment, so as to reduce the harm of inclusion and the production cost.