中间包吹氩去除夹杂物的模拟研究

通过水模型模拟实验,选用苯胺模拟夹杂物,有机硅油模拟中间包渣,研究了中间包吹氩去除夹杂物的效果;通过刺激—响应法测定中间包吹氩RTD曲线,探讨了中间包吹氩去除夹杂物的过程和机理。研究结果表明:在中间包吹氩条件下,活塞区体积分数最大的吹氩位置不一定会得到最大的夹杂物去除效果,在注流区附近吹氩,不但可以提高气泡捕捉夹杂物颗粒的概率,而且促进了夹杂物颗粒相互碰撞长大,去除夹杂物效果更为明显。     

连铸中间包夹杂物行为的数值模拟

通过对中间包钢水中夹杂物运动行为的数值模拟,探讨了夹杂物颗粒碰撞凝聚﹑数密度的变化情况及其分布特征。结果表明,直径小于11μm夹杂物颗粒在中间包内容易随钢液从下水口流出,来不及碰撞凝聚和上浮去除;中间包内夹杂物颗粒在运动的同时,其自身的碰撞凝聚也在自发进行;随着碰撞过程的进行,夹杂物颗粒密度呈现先增大后减小的变化规律;钢液的湍流流动状态是促进夹杂物颗粒间碰撞凝聚的重要因素,湍动能耗散率越大,越有利于夹杂物颗粒间的碰撞凝聚,因此,越有利于大尺寸夹杂物颗粒的生成。     

旋流中间包夹杂物聚合行为的数值模拟

旋流中间包是在注流区内设置旋流室,使钢液经长水口从旋流室底部沿着切线方向流入中间包内时重力势能转化为旋转动能,夹杂物跟随钢液在旋流室内旋转流动,更容易碰撞聚集长大。使用商业软件Fluent中的PBM模型模拟中间包内夹杂物跟随钢液流动过程中碰撞聚合长大的行为。模拟结果显示:考虑夹杂物之间的碰撞聚合,夹杂物聚合长大明显,夹杂物的数量密度减小,夹杂物平均直径增大。对比两种中间包,无旋流室中间包夹杂物平均直径从3.93μm增大到4.25μm,增大8.12%;旋流中间包夹杂物平均直径从3.93μm增大到4.35μm,增大10.68%,旋流中间包更有利于夹杂物的碰撞长大。     

连铸中间包中夹杂物粒度分布的研究

采用完全混合流和活塞流相结合的模型,针对铝脱氧钢研究了中间包流动状况下Al<,2>O<,3>夹杂物的粒度分布情况.对比了带挡墙前后的中间包的流场及夹杂物的去除效果,原中间包中夹杂物的总去除率为19%.而在带挡墙的中间包中,由于夹杂物受到湍流运动和活塞流运动的影响造成其相互碰撞粒度不断长大,夹杂物去除率达到37%,大大优...     

Al2O3夹杂物在钢-渣界面处的运动特性及去除率

通过理论计算和分析,研究了夹杂物颗粒在钢-渣界面处夹杂物去除层内的运动特性及去除率。结果表明:在夹杂物去除层内,Al2O3夹杂物颗粒的布朗扩散上浮临界尺寸为1.33μm,直径小于临界尺寸的夹杂物颗粒很难上浮去除;布朗碰撞的优势区域主要是直径为2.5μm以下的夹杂物颗粒之间以及直径为2.5～5μm夹杂物颗粒与0.5μm以下的微小颗粒之间的碰撞;直径为20～150μm的夹杂物颗粒在钢-渣界面去除层中9min内很容易完全上浮去除,而直径小于10μm的夹杂物颗粒去除率很低且升高缓慢,是提高钢液洁净度的主要控制对象。     

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.      

管线钢夹杂物控制技术的改进

对宝钢管线钢精炼和连铸过程钢中夹杂物的变化规律进行了系统评估,得出了LF、RH、中间包和连铸坯过程中夹杂物的特点及变化规律。在此基础上,通过工艺技术的改进,使钢中夹杂物的尺寸、形貌和化学成分等得到了有效控制。10μm以上尺寸的稍大颗粒的夹杂物去除效果较好,铸坯中夹杂物的平均尺寸达到2μm以下;夹杂物的数量明显降低;夹杂物成分更集中于Ca系夹杂;高等级管线钢中间包成品氧含量平均达到11×10-4%。     

CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的电工钢,因此在电工钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。研究了马钢薄板坯连铸连轧生产电工钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明:改造优化以后的中间包基本能够去除40μm的大型夹杂物,也为30μm的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的电工钢提供了有力保障。     

换包后中间包内夹杂物运动行为

采用数值模拟与工业试验相结合的研究方法,分析中间包在换包后包内夹杂物颗粒在非等温条件下的运动行为。研究结果表明,换包后,钢中不同尺寸的夹杂物有分离趋势,且小于50μm夹杂物的去除条件逐渐变差。在浇注中后期,小于50μm夹杂物倾向于跟随流体沿中间包底部流出中间包,夹杂物的去除效果进一步变差。工业试验结果表明,通过在中间包底部吹入氩气的方式,改善了换包后夹杂物去除的不利影响。中间包底吹氩气前,大于50μm夹杂物的数量密度为0.008 8个/mm~2;中间包底吹氩气后,铸坯中大于50μm夹杂物的数量密度为0.002 5个/mm~2。     

CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

 夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的硅钢,因此在硅钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。本文研究了马钢薄板坯连铸连轧生产硅钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明：改造优化以后的中间包基本能够去除>40m的大型夹杂物,也为<30m的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的硅钢提供了有力保障。     

连铸中间包内钢水夹杂物运动行为的数学模拟

在连铸中间包中钢水流动、混合及停留状况仿真计算的基础上，通过对中间包钢水中夹杂物运动行为的数学模拟，研究了探讨了夹杂物碰撞长大、上浮排除以及被耐炎材料墙壁粘结吸附等现象。结果发现：中间包钢水中夹杂物的排除与钢水平均停留时间有密切关系，其中上浮排除的夹杂物约占排除总量的90％。另外，大颗粒夹杂物比小颗粒夹杂物容易排除，而且夹杂物能够在钢水流经中间包过程中长大，但中间包钢水流动所提供的湍动条件对夹杂物长大的促进作用不充分。     

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。     

微小相去除夹杂物的热模拟试验

 采用50 kg真空感应炉进行了碳酸盐诱发微小相去除钢中夹杂物的模拟试验,发现了CaO基颗粒吸附夹杂物的实例,分析了捕获和去除夹杂物的机理。试验结果表明：用净化剂对钢液进行净化后,全氧质量分数、夹杂物面积比率、夹杂物个数分别有所降低。净化前夹杂物主要是簇状或链状的Al2O3夹杂物,净化后形成了低熔点的钙铝酸盐复合物,净化剂释放出的CaO基颗粒与细小非金属夹杂物发生碰撞、反应和吸附,促进了夹杂物的长大和去除。     

中间包通道式过滤器对硅钢W470中夹杂物的影响

利用小样电解+ ASPEX扫描电镜等夹杂物检测方法,研究了使用中间包通道式过滤器前后的冲击区和浇注区的钢液以及铸坯中非金属夹杂物类型和尺寸的变化规律.结果 表明,使用过滤器后,浸入式水口基本未堵塞;过滤器对夹杂物尺寸大于30 μm以上的夹杂物颗粒有良好的去除效果;从夹杂物总数来看,冲击区＞铸坯＞浇注区,这是因为浇注区钢...     

钢中非金属夹杂物的碰撞行为研究

钢中非金属夹杂物去除的主要方法是期待夹杂物粒子凝聚长大上浮。本文主要分析了夹杂物的碰撞和上浮机理,在显微条件下观察钢中夹杂物碰撞凝聚的运动过程,总结了钢中夹杂物的运动规律。     

稀土处理C-Mn钢显微组织和夹杂物演化

对稀土处理C-Mn钢的夹杂物和显微组织进行分析,统计稀土处理C-Mn钢中针状铁素体形核核心尺寸,并将稀土处理钢在不同温度下淬火,研究稀土夹杂物生成和长大过程.实验结果表明:C-Mn钢加入少量稀土后钢中夹杂物从MnS＋硅铝酸盐夹杂转变为La₂O₂S＋LaAlO₃＋MnS＋硅铝酸盐夹杂,尺寸得到细化,显微组织也从马氏体＋贝氏体组织变成侧板条铁素体、针状铁素体和块状铁素体组织;稀土处理C-Mn钢中针状铁素体有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在钢液中形成,冷却和凝固过程形成的数量较少;稀土夹杂物在钢液温度和冷却及凝固过程容易碰撞黏合长大,上浮从钢液中去除,MnS能在稀土夹杂物颗粒间析出.      

板坯连铸中间包气幕挡墙夹杂物去除的研究

分析了中间包不加气幕挡墙和加气幕挡墙吹氩时夹杂物上浮速度与气泡直径、夹杂物直径和密度的关系。气泡尺寸对夹杂物的上浮速度影响比较明显,夹杂物的密度对上浮速度的影响不大。进行了中间包气幕挡墙的工业试验,试验表明:中间包底吹气对钢液中小夹杂物的去除作用不明显,而对大型的夹杂物去除效果显著。     

钢液中球状夹杂物颗粒受力情况的数值模拟

通过理论分析和数值模拟的方法,研究了1873 K钢液中球状夹杂物颗粒运动过程中的受力情况.静止钢液和湍流场中,夹杂物颗粒所受的压力梯度力、虚拟质量力、Saffman力及Magnus力较小,可以忽略不计.静止钢液和均匀湍流场中,随着夹杂物颗粒尺寸的变大,颗粒所受Brown力逐渐衰减,当夹杂物颗粒直径大于20μm时颗粒所受Brown力基本不会对其运动造成影响,可以忽略不计.小于10μm的夹杂物颗粒布朗运动较为剧烈,单位质量夹杂物颗粒所受Basset力和Brown力较大,成为主导夹杂物颗粒运动的主要作用力;尺寸较大的夹杂物颗粒(直径D>50μm),Basset力、质量力和Stokes力共同作用影响夹杂物颗粒的运动、碰撞和去除.      

异型中间包结构优化对帘线钢夹杂物的影响

为了解决帘线钢中因大颗粒夹杂物导致的拉拔断裂问题,通过水模型研究结果对异型中间包结构改进优化,并将优化异型中间包结构进行工业试验。结果表明,挡墙优化结构后,去除夹杂物的效果明显提高,采用优化的挡墙中间包生产的帘线钢铸坯中夹杂物尺寸不大于10 μm比例为87.95%,平均尺寸为6.7 μm;大颗粒的高MgO类和高SiO2类夹杂物已得到有效去除,盘条中B细不大于0.5级比例达到97.56%。     

钢中夹杂物去除技术的进展

钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术的主要进展有:气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法;电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动;渣洗技术;过滤器技术。文中分析了各种夹杂物去除技术的冶金功能,将不同夹杂物去除技术进行合理组合,实现多功能精炼,可取得最佳冶金效果。