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.     

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。     

控流装置对中间包夹杂物运动行为的影响

采用拉格朗日颗粒轨迹模型,应用计算流体动力学方法,对中间包夹杂物颗粒运动轨迹及去除率进行了模拟研究。计算结果表明：控流装置的设置可显著改善夹杂物流向,延长停留时间,提高夹杂物去除率。夹杂物去除率随夹杂颗粒当量直径的变大而提高。控流装置对50μm以下夹杂颗粒去除率提高较多。本实验所设计的几种控流装置中,采用导流隔墙的中间包夹杂物去除效果最好。     

稀土对60Si2Mn弹簧钢夹杂物形态影响的研究

本文利用LEITZ-T.A.S.图象分析仪研究60Si2 Mn汽车弹簧钢的夹杂物形态,其中用不同的稀土加入量对比研究夹杂物的变形系数和夹杂物颗粒大小.研究结果表明:加工变形后,非稀土夹杂物伸长了35. 4%,而稀土夹杂物仅有3.O～14.8%;因而非稀土夹杂物的变形显是稀土夹杂物的2.3～11.5倍.同时还表明:大颗粒夹杂物(14. 0～85.4μ)未加稀土的多,加稀土的少;小颗粒夹杂物(1.4～12.6μ)则完全相反.因此,稀土夹杂物颗粒比非稀土夹杂物颗粒平均变小了22～37%.所以,稀土使钢中夹杂物变形量减少和颗粒变小.本文还对稀土夹杂物数量和稀土夹杂物在钢锭中的分布进行了研究.     

钢中夹杂物的分形维数及其与形貌特征的关系

 利用Matlab图像处理功能计算了钢中夹杂物SEM图像的边缘、二维和三维分形维数,并讨论了边缘分形维数与夹杂物颗粒微观凝聚机制和三维分形维数与其融入顶渣中动力学之间的关系。结果表明：边缘分形维数可定量地表征夹杂物边界轮廓线的曲折复杂程度;对非润湿夹杂物颗粒来说,其边缘分形维数越大,表明气泡易于在其表面生成,从而更加有力于夹杂物的碰撞凝聚长大;夹杂物颗粒的三维分形维数越小,更有利于夹杂物融入渣中而被去除;分形维数是一个影响不规则夹杂物颗粒碰撞、凝聚和去除的重要参数。     

不锈钢板中锰、钛、铝、铌夹杂物的原位统计分布分析

采用金属原位统计分布分析技术研究了系列不锈钢板中Mn,Ti,Al,Nb等类夹杂物存在的类型及状态,夹杂物的含量、组成、尺寸及位置分布等。该系列不锈钢样品中,各夹杂元素的分布具有不同的特点:Mn元素的大颗粒夹杂多位于板的中心部位;Ti,Al夹杂在整个横截面内分布则比较均匀;Nb大颗粒夹杂倾向于板的上、下表面附近及中心处。通道合成技术研究表明:Mn夹杂颗粒主要以硫化锰的形式存在;Ti夹杂主要以碳硫化钛的形式存在。给出了各类夹杂物的含量、粒度分布、平均粒径及20μm以上大颗粒夹杂的比例。综合分析和评价了各样品中夹杂物存在的种类及数量。该原位统计分布分析方法应用于不锈钢板中夹杂物的分析结果与传统的方法如金相、扫描电境等具有很好的一致性。     

SPCC—HBP钢中大颗粒非金属夹杂的类型与分布

前言钢中夹杂物的研究,从本世纪初到现在,经过几乎整整一个世纪,可以说有了较多的了解。人们已经认识到,夹杂物作为钢的组成部分,主要是在冶炼和浇注过程中产生的;人们同样也了解到,无论炼钢技术怎样发展,钢中夹杂物总是会出现的。由于钢中大颗粒夹杂物严重地影响钢材质量和收得率,人们对大颗粒夹杂百倍重视,大力研究。目前,倾向性意见是把大于100μm夹杂称为大颗粒(也称大型)夹杂。本文要讨论的就是宝     

钢中夹杂物的分形维数

应用分形理论的盒维数法对钢中非金属夹杂物颗粒外缘的分形维数进行了分析计算,得出了各类夹杂物颗粒外缘分形维数的具体范围,并对维数与夹杂物特性的关系进行了分析.     

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.     

工业纯铁熔体外加TiO_2及VC超细颗粒的试验

工业纯铁熔体中分别添加平均粒度为80 nm的TiO2和1.5μm的VC颗粒,熔炼后得到铸锭试样。用非水溶液电解法提取试样中的非金属夹杂物,用SEM及EDS研究夹杂物的形貌、成分及存在状态。结果表明,外加的TiO2及VC颗粒与熔体中的原始夹杂物或杂质元素发生作用,形成了一种包裹TiO2或VC颗粒的复合夹杂物,夹杂物内部的颗粒相界面清晰;MnS夹杂物呈斑点或条带状析出,分布或包覆于VC复合夹杂物颗粒的表面。并从热力学上分析TiO2及VC颗粒在熔体中的稳定性。     

钢液中夹杂物粒径与全氧的关系

研究了钢中夹杂物粒径、分布状态与全氧的对应关系,并探讨了大颗粒夹杂物含量与试样中全氧波动的相关性,量化了全氧检测法对洁净度的评价,结果表明:(1)钢中单位体积内夹杂物数量随粒径增大呈指数下降,粒径小于10μm夹杂物占总夹杂物数量的95%以上,夹杂物在钢中分布的均匀性随夹杂物粒径增大而降低;(2)钢中粒径小于10μm夹杂物中含氧量与钢中平均全氧有很好对应关系,全氧可以反映钢中分布均匀的夹杂物水平;(3)钢中大颗粒夹杂物越多,同一试样中全氧多次检测结果的波动越大,全氧的波动可以反映钢中大颗粒夹杂物的含量.     

SPCC钢精炼渣与夹杂物相关性研究

针对SPCC钢的生产工艺情况,研究精炼渣与夹杂物相关性,分析精炼渣化学成分、w(CaO)/w(Al2O3)等对钢中夹杂物大小、形貌、类别等的影响。研究表明,精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)为1.38~1.66时,钢中夹杂物分布较好,即大颗粒夹杂物比率较小,小颗粒夹杂物比率较大。     

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。     

重轨钢中硫化锰夹杂物粒度的原位统计分布分析

采用原位统计分布分析技术对重轨钢铸坯中MnS夹杂的粒度分布情况进行了分析研究。通过ASPEX扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)将重轨钢中不同尺寸的MnS夹杂进行统计,建立了原位统计分布分析MnS夹杂的粒度分布曲线,分别对重轨钢铸坯中5~10、10~20、20~50μm的MnS夹杂的分布情况进行了统计分析。结果表明,沿着铸坯的内部到边缘的方向上,5~10μm小颗粒夹杂一直存在,10~20、20~50μm大颗粒MnS夹杂所占比例降低,直到铸坯边缘,几乎没有大颗粒MnS夹杂存在。将该结果与ASPEX扫描电镜-能谱仪得到的结果相比较,两者在反应夹杂物分布趋势上具有一致性,说明原位统计分布分析技术分析铸坯中夹杂物的粒度分布方法的建立具有可靠性。     

钢液中夹杂物粒径与全氧的关系

研究了钢中夹杂物粒径、分布状态与全氧的对应关系,并探讨了大颗粒夹杂物含量与试样中全氧波动的相关性,量化了全氧检测法对洁净度的评价,结果表明:(1)钢中单位体积内夹杂物数量随粒径增大呈指数下降,粒径小于10μm夹杂物占总夹杂物数量的95%以上,夹杂物在钢中分布的均匀性随夹杂物粒径增大而降低;(2)钢中粒径小于10μm夹杂物中含氧量与钢中平均全氧有很好对应关系,全氧可以反映钢中分布均匀的夹杂物水平;(3)钢中大颗粒夹杂物越多,同一试样中全氧多次检测结果的波动越大,全氧的波动可以反映钢中大颗粒夹杂物的含量.     

大样电解法测定钢中大型非金属夹杂物的研究

着重介绍了大样电解法测定钢中大颗粒夹杂，钢中大颗粒非金属夹杂物含量少且分布无规律，电解试样太小很难捕捉，故采用扩大试样。通过实验证明效果好。     

钢铁中多元夹杂物颗粒的三维评估

为了从钢铁中提取各种夹杂物颗粒,考察了采用无水电解质的恒电位和恒电流的提取方法。结果认为,4%的MS［4 % （V/V）甲基水杨酸-1 % （m/V） 水杨酸-1 %（ m/V） 四甲基氯化铵-甲醇）和10%AA（10 %(V/V)乙酰丙酮-1 % （m/V）四甲基氯化铵-甲醇］电解质溶液适用于提取钢铁中夹杂物TiO_{x和TiAl2O5。尽管这些电解提取法可以提取化学性能不稳定的夹杂物颗粒,然而,因为对夹杂物的观察是在萃取完成后于一个滤膜中进行,因此无法确定金属中每种夹杂物的具体位置。为了确定金属中夹杂物的具体位置,将卤-醇的光蚀刻方法用于以Ti和Al除氧的钢样品表面附近出现的夹杂颗粒,使用扫描电子显微技术和俄歇电子能谱（AES）对精细夹杂物颗粒形貌、尺寸和元素的偏析进行评估,不过卤醇却和钢铁中的金属钛和金属铝发生还原反应。对微小夹杂物颗粒的成分的形态、分离进行估测,然后,使用一种低加速能-扫描电子显微技术和俄歇电子能谱（AES）对用聚焦离子束制备微小夹杂物颗粒截面上元素的微观偏析进行评定。在这些研究结果基础上讨论了多元夹杂物颗粒的形成机理。}     

用大样电解法分析大型非金属夹杂物

应用大样电解法对昆钢正在试制生产的新品种钢中的大颗粒非金属夹杂物形貌、尺寸、数量、成分及来源进行分析研究，掌握了部分新产品钢中大颗粒非金属夹杂物的现状，分析了大颗粒非金属夹杂物来源．提出了改进措施。     

管线钢LF精炼过程夹杂物行为研究

探讨了不同精炼周期和钢包底吹氩制度对管线钢中夹杂物去除效果的影响.结果表明,LF精炼过程钢中全氧去除率约为20%,氮含量变化不明显;LF从进站到出站,夹杂物面积比可降低40%～50%,小颗粒夹杂物粒度分布比例增加,其中2～5 μm小颗粒夹杂,由进站时的40%～50%提高到出站时的80%～90%,但最大夹杂物粒度没有明显变化.     

高压锅炉管用钢低温冲击韧性改进

对高压锅炉管用钢低温冲击韧性不稳定的原因进行分析,开展工艺试验提高钢水纯净度并对夹杂物改性,显著提高低温冲击功稳定性,得出如下结论:1)SA106C钢中多边形大颗粒夹杂物附近应力集中是引起低温冲击脆性断裂的主要原因。2)钢中多边形夹杂物数量多、密度大且20μm以上夹杂物占比高是导致低温冲击韧性不稳定的主要因素。3)经钢水纯净度及夹杂物形貌控制工艺优化之后,钢中夹杂物数量及大颗粒夹杂物比例显著减少,夹杂物形貌由多边形改性为球状,低温冲击功稳定性显著提高。