连铸中间包内流场与夹杂物运动的数值模拟

针对某钢厂方坯连铸中间包,应用数学模拟的方法进行了控流装置的研究,采用Fluent软件计算了中间包的流场、夹杂物的运动以及不同粒度、密度夹杂物的去除率。结果表明,中间包内设置一定的控流装置能够明显改善钢液的流动,提高夹杂物的去除率,尤其对小粒度夹杂物去除率的影响尤为显著。     

GCr15轴承钢中非金属夹杂物行为的研究

针对淮钢80t转炉-90tLF- 100tRH-CC工艺生产的GCr15轴承钢,采用金相、SEM和EDS等方法,研究了精炼过程中夹杂物的尺寸、成分和形貌等的变化情况.经分析计算,得出了各工序夹杂物的成分图,并分析了夹杂物在冶炼过程中的变化规律.结果表明,在LF炉精炼后,微观夹杂物由23.34个/mm2下降到14.02个/mm2;经RH循环脱气处理后,夹杂物有所减少,成材中,夹杂物数量略有减少;随着冶炼过程的进行,大颗粒夹杂在钢包中随着钢流的运动得到了有效去除,细微夹杂物所占比例逐步升高;钢中存在的夹杂物主要有氧化物、硫化物以及CaO(CaS)-Al2O3-MgO类复合夹杂物.     

连铸过程中小方坯中间包钢水液位控制的研究

钢液在中间包内液位直接影响到连铸生产过程的顺行和铸坯质量。着力于研究和分析方坯连铸生产过程中钢包滑动水口开口度,中间包钢液面,水口结瘤程度以及浇铸速度之间的关系,并推导出相关数学关系式。同时,基于重庆钢铁公司方坯连铸机的实际情况,计算了在一定浇铸速度和结瘤程度下,中间包内所需的理论液面高度,滑动水口的开口度,在此基础上绘制了钢包滑动水口操作控制图,以期能够实现一定的现场指导作用。     

板坯连铸异型中间包卷渣水模型实验研究

为改善连铸板坯质量,通过水力学模拟研究了中间包内钢液的流动,并测量了在非稳定浇注条件下避免钢液卷渣的中间包内钢液的临界高度,确定了在中间包内设置抑湍器、坝和堰的混合控流方案。结果表明：中间包设置控流装置后,平均停留时间增加,有利于夹杂物的上浮;同时确定了中间包卷渣的临界高度。     

连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型

在Euler(流场)-Lagrange(颗粒)框架下,提出了一个夹杂物运动、聚合和去除耦合的统计模型,运用此模型数值计算了连铸中间包的三维流场,对夹杂物的行为进行了Monta-Carlo模拟,计算结果显示,20,40和60μm夹杂物的总去除效率约为20％,36％和75％,其中壁面吸附的贡献占1／6—1／4,受中间包实际条件的限制,夹杂物的碰撞长大并不显著。     

CeAlO3夹杂物在中间包覆盖剂的溶解行为

钢中存在的大量高熔点稀土夹杂物会在连铸过程中引发水口结瘤问题。通过静态法和热丝法高温原位观察研究了CeAlO₃夹杂物在中间包覆盖剂的溶解行为。静态试验研究结果表明,CeAlO₃在溶解过程中会产生中间层。随着溶解时间的增加,CeAlO₃溶解程度加剧,溶解形成的中间产物CaCeAl₃O₇逐渐长大。热丝法(SHTT)原位观察试验表明,CeAlO₃颗粒在溶解过程表观尺寸先降低后增加最后保持相对稳定。CeAlO₃在当前熔渣的溶解通过与渣中CaO反应形成产物层,然后形成的产物层向渣中溶解。因此,CeAlO₃在当前熔渣中的溶解方式为间接溶解。     

中间包气幕挡墙试验研究

通过RTD试验和工业试验,研究了中间包气幕挡墙对中间包流场和去除钢水夹杂物行为的影响。RTD试验表明:中间包气幕挡墙可以改善中间包流场,不同的试验参数对中间包流体特征值的改变程度不一样。工业试验结果表明:气幕挡墙可以去除中间包大型夹杂,尤其是尺寸小于300μm的夹杂物。     

非金属夹杂物在镍基粉末高温合金中的变形行为

对人工掺入FGH96合金中的Al2O3、SiO2及莫来石三种夹杂物在等温锻造过程中的变形行为进行了研究,并对夹杂内部及其周围基体中的等效应力和等效应变分布进行了模拟。结果表明,夹杂内部的应力集中是使其破碎的原因,较大的剪切应变导致其一维方向的尺寸变大,使裂纹极易在夹杂处萌生并扩展,从而增大了对基体材料的危害性。但夹杂的种类不同,在变形过程中表现出的行为特征也不尽相同：Al2O3呈破碎的“链状”分布;SiO2只发生局部破碎;莫来石呈“薄膜”状分布。通过大的变形量和挤压比,可降低非金属夹杂物对粉末高温合金盘件工程化应用的影响。     

承钢板坯中间包结构研究

随着对钢质量的要求越来越严格,以及在钢包冶金方面的成功,已使人们不能再把中间包作为一个简单的容器使用,而是力争在中间包中进一步去除夹杂物,并防止钢液的再污染。中间包冶金有独特的理论特点和研究方法。作为一种连续操作的反应器,与转炉、电炉及钢包等间歇操作反应器的概念是不同的。中间包内基本的物理现象是钢液的流动,其他冶金过程包括钢液中夹杂物的去除、卷渣、温度和成分的均匀化等,都是流动的钢液中进行的。因此研究中间包内钢液的流动是中间包冶金的基础。承钢公司于2008年建成2机2流板坯连铸机,中间包容量45t,为了提高钢的清洁度,生产高质量产品,承钢对中间包进行控流装置试验,结合现场生产实际,优化设计中间包内部结构,从而保证中间包内死区比例小,以促进大型夹杂物的去除,延长钢液停留时间,促进温度和成分的均一,提高铸坯质量。     

分步酸溶法提取镍基高温合金粉末中非金属夹杂物的研究

本文提出利用分步酸溶法准确提取镍基高温合金粉末中非金属夹杂物,实现夹杂物的定量表征。首先选用最佳配比为HCl:HNO3=6:1的混合浓酸溶解镍基高温合金粉末,然后利用H2O2-草酸体系和稀酸将酸溶产物和难溶金属元素完全溶解。利用SEM、EDS等表征手段分析了最终获得的非金属夹杂物的数量、形貌、成分和尺寸分布,结果表明,该方法具有简便快速、分离效率高、回收率高、对非金属夹杂物的影响较小、可提取夹杂物粒径范围广等优点。此外,本文还对比了分步酸溶法和水淘洗法的提取效果,发现分步酸溶法对粒径大于50μm的夹杂物提取效果与常用的水淘洗法基本一致,而对粒径小于50μm的夹杂物提取效果显著提升。     

钢中夹杂物在镦粗过程中的运动行为

在镦粗变形中金属的流动行为不仅影响变形抗力的大小,而且会影响变形工艺设计的准确性。目前,在钢的镦粗试验方法中,关于金属夹杂物流动问题的有限元分析法尚不完善,本文提供了由试验得到的金属夹杂物流动行为的资料。试验证明,在镦粗过程中金属的流动并不是有限元解出的变形单元的连续移动。     

船板钢铸坯中大型夹杂物的分析

为了解船板钢铸坯中夹杂物含量、尺寸及来源,采用大样电解法提取B、D船板钢铸坯中的大型夹杂物,利用扫描电镜和能谱仪对夹杂物的形貌和组成进行分析,并对尺寸大于50 μm的夹杂物的来源进行了分析。试验结果表明,在铸坯宽度1/4处夹杂物含量最高。铸坯中尺寸大于50 μm的大型夹杂物主要来源于浇铸过程的卷渣,其余为LF精炼过程对钢中夹杂物进行钙处理的产物、浸入式水口及耐火材料侵蚀产物、钢液二次氧化产物。     

四流中间包非正常工况下流动行为研究

通过1:3的水力学模型研究了四流中间包的两种典型控流装置在非正常工况(关闭1号水口或2号水口)的流体流动行为。通过停留时间分布(RTD)曲线以及死区活塞区比例等参数进行比较,同时考察了三个水口流动过程的相似程度,采用数值模拟进行验证。研究表明关闭1号水口比关闭2号水口死区比例更低,活塞区比例更高。在两种工况下,U型挡墙方案三个水口死区平均值比II型挡墙方案降低了24.9%和18.2%。II型挡墙的关闭水口的一侧,流体流动缓慢,而U型挡墙方案三个水口流动一致性很好,关闭水口对整体流场影响不大,U型挡墙对非正常工况适应性较II型挡墙好。     

涟钢二流板坯连铸中间包水模型研究

以相似原理为基础,建立1∶3的水模型,对涟钢二流板坯连铸中间包进行研究.结果表明,单纯的湍流控制器+挡坝,中间包活塞区体积偏小,死区体积偏大;挡坝开孔能使中间包死区减小,而不会产生明显的短路流;有利于改善中间包钢液流动的控流装置组合为挡堰+开孔挡坝+湍流控制器,得出了其具体位置;优化后的中间包平均停留时间由343 s延长至387 s,死区体积由20.0％下降至9.8％,滞止时间由61s延长至99 s.     

Q420钢中非金属夹杂物的分析

分别在模铸生产的Q420钢锭的冒口和本体顶部、中部、底部取样,以分析钢锭中非金属夹杂物的成分和分布。结果表明,钢锭中夹杂物指数在2.09~4.98个/mm2之间波动,本体中部的显微夹杂物含量小于其他位置。钢锭中的大型夹杂物总量介于5.7~22.5 mg/10 kg之间,其成分主要是SiO2和Al2O3,并含有少量的Na2O和K2O,主要来源于浇注用保护渣,钢锭本体底部的大型夹杂物远高于钢锭其他位置。     

模铸连浇中间包控流装置优化的水模实验

通过水力学模拟实验,优化了模铸连浇中间包控流装置。结果表明,安装控流装置,并将开孔设于挡墙下部正中间时,流体在中间包内的停留时间较长,死区体积最小,夹杂物上浮率也较高,而且不存在短路流。因此,经过控流装置优化,流体在中间包内的流场也得到明显改善,流动模式较合理,有利于钢中夹杂物的上浮去除,可以保证浇注大钢锭的质量。     

数值模拟在小方坯连铸中间包优化设计中的应用

计算机模拟作为一种参数优化的工具,越来越多地应用于冶金领域。用流体商业软件对某厂4流T型中间包流场进行数值模拟,从钢液流动的速度矢量图、流线图来分析有、无控流装置的中间包的流动特征。通过模拟分析,确定了合理的中间包控流装置,以指导生产实践。     

连铸板坯中非金属夹杂物的形态与分布研究

论述了济钢连铸板坯中非金属夹杂物的形态和分布规律，并提出了减少板坯中夹杂物的措施。     

气幕挡墙及挡坝结构对中间包流场的影响

针对某钢厂中间包使用原挡坝时死区较大,流经挡坝钢液向上运动趋势不明显,流场不利于夹杂物上浮去除等问题,采用中间包水模型试验,对挡坝结构进行了优化,设置了气幕档墙.结果表明,提高挡坝高度,开向上角度通钢孔,并设置气幕挡墙,可有效消除浇注区及挡坝后死区,死区体积比降低46％;钢液向液面运动趋势增大,滞止时间提高23％,峰值时间提高16％.工业试验表明,中间包采用优化后的控流装置,夹杂物总量从14.4 mg/10 kg降为6.64 mg/10 kg,中间包钢液内大型夹杂物得到有效去除.     

六流方坯连铸中间包流场的物理模拟及结构优化

莱钢炼钢厂六流方坯连铸机自生产以来没有对中间包进行过物理模拟实验,目前对于中间包内的钢水停留时间、温度差异、非金属夹杂物的状态不是十分了解,通过物理模拟实验研究观察设计参数是否合适、流场是否合理,并在此基础上寻找合理的中间包控流装置,得到合适的中间包结构,为现场中间包优化提供依据,满足提高铸坯质量、生产高品质钢的要求。