铝镇静钢中夹杂物形态对其去除的影响

为了研究夹杂物形态对其去除的影响,采用工业试验研究分析了钢中夹杂物的种类与全氧质量分数的关系,并通过水模型试验研究了夹杂物在钢-渣界面的去除行为,讨论了固态夹杂物和液态夹杂物的去除行为差异。试验结果表明,在RH精炼前对钢液进行钙处理会严重限制RH去除夹杂物的能力,因而这种方法并不适合于对全氧要求严格的钢种;夹杂物的形态对其在钢-渣界面的分离有重要的影响,相比固态夹杂物,液态夹杂物在钢-渣界面的分离需要更长的时间,在其未彻底分离之前很有可能会被钢液流动再次带回钢中,因而更难去除。为了获得更低的全氧质量分数,在铝镇静钢的精炼过程最好能使夹杂物保持固态并且与钢液不浸润。     

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.      

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。     

轴承钢夹杂物行为的原位观察

利用高温共聚焦激光显微镜(CLSM)将4个炉次的高等级轴承钢样品加热至液态,炼钢温度下动态原位观察夹杂物碰撞长大行为,保温后快速冷却,再利用扫描电镜观察试样中的夹杂物,并用能谱分析EDS确定其成分。结果表明,未经过高温共聚焦显微镜处理的轴承钢原始样中夹杂物主要是尖晶石核心外包覆CaS;经过相应处理的轴承钢试样中夹杂物则主要是球状铝酸钙夹杂物,并观察到部分液态的铝酸钙夹杂物在钢液-气相界面铺展,同时观察到了铝酸钙夹杂物与镁铝尖晶石碰撞长大。根据观察结果可判断,轴承钢钢液中液态化程度高的铝酸钙夹杂物相互碰撞以及其与镁铝尖晶石之间的碰撞融合长大是形成Ds夹杂物的重要原因,降低钢中钙含量可以降低夹杂物中的CaO含量,从而提高夹杂物熔点以降低其在钢液中的液态化程度,从而减少Ds夹杂物形成。     

旋流钢包长水口对夹杂物碰撞聚合影响的数值模拟

与传统钢包长水口进行对比,通过改变钢包长水口的结构以实现钢液的旋转,并研究钢液旋转对夹杂物碰撞聚合的影响。运用ANSYS软件并结合所述的模拟条件,利用PBM模型模拟了旋流钢包长水口内钢液旋转时夹杂物的碰撞聚合情况,通过正交试验得出夹杂物碰撞聚合的最佳参数组合方案。结果表明:在钢包长水口内安装螺旋型旋流引导装置使钢液发生旋转,有利于夹杂物的碰撞聚合。在相同操作条件下,应用传统钢包长水口时夹杂物的平均直径由3.90μm增加到4.08μm,而应用旋流导轨个数为2个且分别旋转6周的旋流钢包水口时夹杂物的平均直径由3.90μm增加到4.21μm,夹杂物平均直径增长率最大。旋流钢包长水口的使用增加了夹杂物的碰撞概率,促进了夹杂物的聚合长大,有利于夹杂物去除率和钢液洁净度的提高。     

吹氩钢液精炼过程气泡去夹杂机理研究

基于相似理论,选择乳状液滴作为模拟夹杂物,利用物理模型研究了吹氩钢液精炼过程气泡去夹杂机理,考察了工艺参数对夹杂物去除规律的影响.实验结果表明:较小和较大气量均有较好的去夹杂效果.通过研究可以看出,较小和较大气量范围内,夹杂物分别主要通过小气泡粘附和大气泡的尾流捕捉去除.     

GCrl5轴承钢精炼渣对夹杂物祛除行为的研究

通过建立的夹杂物穿越钢渣界面运动模型,研究了精炼渣对夹杂物的吸附现象。结果表明,夹杂物 粒径、表面张力和熔渣粘度是影响夹杂物冲破钢渣界面的重要参数,大型夹杂物中粒径和熔渣粘度起决定作用,而 ≤ 20㎛ 级别的小型夹杂物中仅表面张力起决定作用;大型夹杂物冲破钢渣界面的能力远大于小型夹杂物。针对 小型夹杂物难以吸附的问题,运用了夹杂物运动模型和熔渣、钢液表面张力模型,研究了表面张力对吸附过程的影 响。结果表明,直径≤ 122.9 ㎛尺寸的夹杂物均无法穿越钢渣界面,回弹至钢液一侧,由此得出：无法通过调整精 炼渣用以吸附≤ 122.9 ㎛夹杂物以达到进一步降低钢中氧含量的目的。     

旋流钢包长水口对夹杂物碰撞聚合影响的数值模拟

与传统钢包长水口进行对比,通过改变钢包长水口的结构以实现钢液的旋转,并研究钢液旋转对夹杂物碰撞聚合的影响.运用ANSYS软件并结合所述的模拟条件,利用PBM模型模拟了旋流钢包长水口内钢液旋转时夹杂物的碰撞聚合情况,通过正交试验得出夹杂物碰撞聚合的最佳参数组合方案.结果表明:在钢包长水口内安装螺旋型旋流引导装置使钢液发生...     

板坯凝固过程夹杂物运动行为

 本文使用离散相模型,利用数值模拟的方法对结晶器中的钢液流动、传热、凝固以及夹杂物的运动进行了耦合计算。通过追踪夹杂物的运动轨迹,并在钢渣界面处对夹杂物进行采样分析,最终计算出夹杂物在结晶器中的上浮率。研究表明,夹杂物在结晶器中的上浮率与其尺寸及拉速的大小均有关系,但受夹杂物密度的影响很小。夹杂物越大、拉速越小,越有利于夹杂物上浮至自由液面。小颗粒夹杂在结晶器中并不能被有效去除。对于粒径为50μm的夹杂物,当拉速为1m/min时其上浮率仅为46%,有37%的夹杂物被凝固坯壳捕捉,主要分布在铸坯表皮下10~25mm处。夹杂物被宽面坯壳捕捉的位置多集中在宽面靠近窄面处,在水口下方被捕捉的夹杂物较少。以往的研究认为只要夹杂物上浮至钢渣界面就能够被保护渣吸收,J.Strandh等的研究表明,夹杂物能否被吸收还取决于保护渣的粘度和润湿性等因素。因此,对于粒径较小的夹杂物,必须在精炼后的软吹氩过程中适当增大钢液的静置时间,尽量减少钢液中小颗粒夹杂的数量。另外,结晶器保护渣的选用对钢液中夹杂物的去除也很重要,不仅要满足其对钢液的保温润滑作用,还要考虑其对夹杂物吸附的影响。     

Fe-Mn-Al-C低密度钢中AlN夹杂物的聚集与吞噬行为

Fe-Mn-Al-C低密度钢中聚集长大的AlN夹杂物对钢质量有严重影响。通过高温共聚焦激光扫描显微镜结合场发射扫描电子显微镜对Fe-Mn-Al-C低密度钢液态及凝固过程中AlN夹杂物演变行为进行原位观察。发现AlN夹杂物在液态钢中发生聚集现象,形成尺寸较大的多颗粒聚集型AlN夹杂物;在随后的降温凝固过程中聚集型AlN夹杂向液-固界面靠近并被液-固界面前沿推动;随着液相量的减少,聚集型AlN夹杂物最终被固相吞噬。为了明晰聚集机理,由于观察的大部分单颗粒AlN半径为1～10μm,通过受力分析计算了钢液中半径为1～10μm的AlN夹杂物的黏性阻力和夹杂物之间的腔桥力大小。发现腔桥力远大于黏性阻力,腔桥力是导致AlN夹杂物聚集的主要作用力。基于腔桥力理论进一步分析了腔桥形成的总自由能变化,以2个半径均为8μm的单颗粒AlN夹杂物为例,计算了腔桥形成的总自由能变化,发现2个AlN夹杂物之间形成稳定腔桥的临界距离dc为1.5μm;当2个AlN夹杂物之间的距离d大于dc时,AlN夹杂聚集过程的总自由能变化大于0,不会形成稳定腔桥;当d小于dc时,聚集过程的总自由能变化小于0,AlN夹杂物之间可以形成...     

钢铁冶金过程中的界面润湿性的基础

首先介绍了界面张力和接触角的基本概念,并总结了对于高温体系,常见的界面张力以及接触角的测量方法,重点对实验过程中最常使用的座滴法进行了分析.在冶炼过程中,体系的组成,尤其是钢液中的表面活性元素以及渣中的表面活性组分能显著影响界面润湿性,同时温度对界面润湿性的影响也不可忽略.因此系统分析了这两个主要影响因素对界面润湿性的影响.最后,总结了钢铁冶金过程中常见物质间的接触角和界面张力.      

自蔓延-离心不锈钢内衬钢管应力及裂纹研究

通过热应力计算及不锈钢层组织分析，研究了SHS－离心法制备的不锈钢内衬复合钢管不锈钢层中裂纹产生的原因以及消除裂纹的措施，研究表明，内衬层开裂是钢中的夹杂使钢变脆以及冷却过程中热应力共同作用的结果，通过加速相分离过程、减少内衬层中的夹杂、提高塑性以及提高钢中奥氏体含量等措施，可消除不锈钢层中的裂纹。     

Numerical Investigation on Coalescence Behavior of Liquid Inclusion Particles in Argon Bubble Wake Flow

Microinclusions in steel will significantly affect mechanical performance of final products and therefore require serious concern during metallurgical process. Herein, the collision, coalescence as well as floatation of bubble–inclusion coexisting system is fully studied through a new mathematical model. It comes to the following conclusions: as bubbles rise, they induce a flow of liquid steel from their upper surface to their lower surface, and inclusion droplets rise and collide in the wake of the bubble. The velocity of the bubbles is affected by their deformation, with deformation rates being linked to the Weber number. The coalescence time of these inclusions is primarily influenced by viscosity and surface tension. Coalescence accelerates with higher surface tension or reduced viscosity, and this phenomenon can be described by a formula, which is developed by simulation results. According to this formula, coalescence time of 3CaO·Al₂O₃ is 20% longer than that of 12CaO7·Al₂O₃. Consequently, 12CaO7·Al₂O₃ is more prone to coalescence. The movement of inclusions can be controlled by adjusting gas volume and flow rate. Moreover, promoting coalescence can be achieved by altering the viscosity of inclusions and the surface tension coefficient, making it easier to remove these unwanted inclusions.     

伴有Marangoni效应的渣/金熔滴融合行为的数值模拟

摘要：以静止渣/金熔滴为对象,运用VOF方法考察熔滴相际间碰撞融合界面行为。当相同直径同种熔滴碰撞融合时,融合速度周期性振荡,不断衰减,并且随着熔滴直径的减小,振荡周期变短,振荡峰值降低。在相同直径不同种熔滴碰撞融合情形下,可观测到明显的Marangoni效应,表面张力梯度差的存在促使熔滴向表面张力小侧移动,且表面张力较大的熔滴位于表面张力较小的熔滴上,可为钢铁冶炼过程中的热质传递强化提供理论依据。     

Preparation of finely-crystalline powders for tools steels

The possibility is examined of preparing finely-crystalline powders of tool steel R6M5F3 by the electric hydropulse method for treating molten metal before spraying. It is established that there is a reduction in gases and nonmetallic inclusions. As a result of this there is a reduction in the kinematic viscosity of the molten steel, and an increase in surface tension and the degree of undercooling. These factors promote the preparation of finely-crystalline powder with improved physical and production properties. Institute for Materials Science Problems, Ukrainian Academy of Sciences, Kiev. Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, Nos. 3–4, pp. 38–40. March–April, 1997.     

基于微细异相钢液洁净化技术研究进展

高纯净度钢的生产是钢铁企业面临的重大课题,在钢液中获得尺寸可控、弥散分布的气泡是去除细小夹杂物、生产高品质钢的重要手段。微细异相净化钢液技术是一种基于碳酸盐分解反应生产微小气泡与渣滴去除细小夹杂物的技术,近年来该技术的研发越来越受到冶金工作者的重视,部分新技术已被开发并趋于成熟。本文从微细异相净化钢水技术原理出发,详细介绍了微细异相净化钢水技术研究的最新进展,归纳总结了微细异相去除细小夹杂物、脱硫、脱磷、渣料迁移、RH快速脱碳及中间包长水口喷粉工艺特点及作用机理,并对其在工程领域应用亟待解决的问题及未来发展方向进行了展望。      

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.      

钢铁冶金过程中的界面现象

从界面润湿性的角度,对一些冶炼过程中的常见界面现象进行了详细分析.对于渣的泡沫化过程,主要分析了润湿性对渣的泡沫化指数的影响;对于铁水和钢液脱硫过程,主要分析了对脱硫速率和脱硫剂的利用率以及穿透钢液速率的影响;对于钢液与熔渣对耐火材料的侵蚀过程,主要分析了对耐火材料在熔渣中的饱和溶解度、熔渣在耐火材料中的侵蚀深度以及耐火材料的侵蚀速率的影响;对于钢中夹杂物的运动过程,主要分析了对钢中夹杂物的形核、聚集、去除、空间分布等影响.同时,本文总结得出了对于这些实际冶炼过程有利的界面润湿性.      

Q235B热轧钢带冷弯开裂原因分析及措施

对钢带发生的冷弯开裂试样进行了大量理化检测、组织分析。结果表明：材料冷弯开裂的主要原因是由于钢水非金属夹杂物含量偏高,次要原因是铸坯在热轧生产加热过程中表皮氧化严重,皮下气泡外露,轧制拉长使钢材表面产生裂纹源。当然,次要原因的根源还在于钢水气体含量高导致铸坯存在皮下气泡。而在这些非金属夹杂物中,又以C类（硅酸盐）和D类（环状氧化物）夹杂为最多和等级最高。基于上述原因,对Q235B板坯成分和生产工艺进行了认真研究和改进,在钢水不经LF炉精炼的条件下解决了钢带冷弯开裂的问题,从而大幅降低了板带生产成本。