冶金过程中的气液两相流模拟

冶金过程是一个涉及高温、多相流动和复杂物理变化及化学反应的多个反应单元体串联和并联的冶炼过程。目前由于单元反应器现场条件的复杂性和测量观测手段的限制,数值模拟和物理模拟相结合的研究方法已成为重现和解析其物理现象及传输机理不可或缺的手段。在洁净钢的冶炼中,由于气相的参与,形成了复杂多变的气液两相流,对反应器内的传输行为产生重要影响。两相流模拟的核心在相界面上,相间动量传递模型和相间作用力模型的精确性是准确预报不同两相流体系中气相分布的关键。本文综述了冶金过程中基于Euler体系模拟气液两相流动的几种基本模型,以及相间作用力模型和湍流模型。总结了不同冶金过程和反应器内(转炉炼钢、电炉炼钢、精炼、中间包、结晶器)气液两相流动传输行为数值和物理模拟的应用和发展趋势。     

双辊薄带连铸水模实验研究

为优化双辊薄带连铸布流系统的结构,通过水力学模拟研究了双辊溶池内流体的流动,并使用浪高仪对双辊溶池内的液面波动进行了测量。重点分析了不同分配器结构尺寸、不同溶池高度以及流量(拉速)等参数对溶池内液面波动的影响,从而为双辊薄带连铸布流系统的设计提供了依据。     

对比研究热浸镀55%Al-Zn镀层与Zn镀层在盐水中的腐蚀机理

用盐雾腐蚀和浸泡腐蚀两种方法对比研究了热浸镀55%Al-Zn镀层和Zn镀层在盐水环境中的腐蚀行为。用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了清除腐蚀产物后镀层表面组织和横截面形貌特征。热浸镀55%Al-Zn镀层在盐雾腐蚀288h时的失重率约为Zn镀层的1/2,说明55%Al-Zn镀层具有更好的耐蚀性。用电化学阻抗谱方法分析镀层的腐蚀机理,认为55%Al-Zn镀层腐蚀前期由扩散控制,后期由于极化电阻的减小,电荷转移增多;而Zn镀层腐蚀前期是由于极化电阻减小,电极表面以电荷转移过程为主,后期表现出扩散特征。     

低合金高强钢热浸镀55%Al-Zn-1.6%Si(≤0.1%Ti)合金层的组织及生长动力学

比较研究了H420低合金高强钢板热浸镀55%Al-Zn-1.6%Si (≤0.1%Ti)和55%Al-Zn-1.6%Si金属间反应层组织及生长动力学. 利用光学显微镜、SEM、EDS和XRD对反应层微观组织、厚度、元素分布及相组成进行了分析. 结果表明,金属间反应层都主要由Fe2Al5, Fe4Al13和Fe-Al-Si金属间化合物三相构成. Fe2Al5相与Fe4Al13相交界区域存在少量的Fe-Al-Si-Mn固溶体析出物,可能主要因基板中的Mn元素扩散进入合金层. 金属间反应层的生长速率遵循抛物线规律. 相比较,H420+GL+Ti金属间反应层总厚度平均降低了3.25 mm,Fe2Al5相厚度平均降低了1.83 mm. 主要原因是,Ti-Al键能明显要大于Fe-Al键能,添加Ti影响了Fe-Al的相互作用,从而抑制Fe-Al金属间化合物的形成和生长,最终降低了反应层厚度.     

Al-Zn-Fe三元系相平衡优化及实验验证

结合最新报道的Al-Zn-Fe三元系热力学数据,利用CALPHAD技术,对Al-Zn-Fe三元系的热力学模型参数进行优化;并制备Al96.75Zn3.25/Fe(at%)扩散偶,将其在300 ℃下退火52.5天后取出水淬,利用EPMA对扩散层中存在的相进行检测.研究结果表明,优化后的Al-Zn-Fe三元数据计算所得各二元系相图、三元等温截面相图及热力学数据与实验值相符,该模型及参数可作为向高元体系外推的基础.     

板坯连铸过程中钢液流动与凝固现象的数值模拟

针对板坯连铸过程,建立了钢液流动、传热、凝固的三维耦合数值计算程序,计算、分析了该过程钢液的流动、凝固特征,以及在浸入式水口区域和结晶器边部等局部区域钢液的流动、温度分布特点.计算结果表明,从浸入式水口出口注入的钢液,在流动的区域内形成2个空同分布的大循环区域,这两个循环区域中心的温度相对较低.上循环流在结晶器窄边附件由于拉坯的作用形成了小的狭长循环,同时有倒钩状温度分布情况.结晶器表面钢液的流动速度、湍动能分布大小以及F数,在一定程度上可以表征结晶器液面波高以及与铸坯质量的关系.     

双辊薄带连铸布流器的布流特性研究

双辊薄带连铸浇铸过程中,熔池内钢液的分布以及熔池液面的波动是影响带钢质量的重要因素之一.布流器对实现稳定的薄带连铸过程和提高薄带质量具有重要的作用.针对实验所采用的布流器内部钢液的流动情况进行了计算,并与实际实验情况相对比,通过分析为优选出满足双辊薄带连铸要求的布流器提供依据.     

渣金间外加直流电场无污染脱氧

采用一种新的无污染脱氧方法-渣金间外加直流电场脱氧法,通过在钢液与Al2O3-CaO-MgO熔渣体系问施加稳定的直流电场,进行了钢液的脱氧实验.实验过程在钼丝炉中完成,控制实验温度为1550℃,外加稳定电流2 A时,50 min后,钢样的全氧含量从1.25×10-4降至3.58×10-5;外加稳定电压2 V时,40 min后,钢样的全氧含量从1.475×10-4降到了2.23×10-5.实验结果表明,采用此方法对钢液中的溶解氧具有良好的脱除效果.     

La0.67Mg0.33Ni2.5Cu0.5贮氢合金磁热处理工艺的正交设计

利用L9（34）正交表安排实验,考察磁热处理的温度、时间及磁感应强度对La0.67Mg0.33N i2.5Cu0.5合金的吸放氢反应热力学和动力学的影响,结合极差分析和方差分析研究了各因素对考核指标的显著性影响,并得到合金磁热处理的优化工艺：热处理温度850℃,处理时间1 h和磁感应强度4 T.在此条件下处理后的合金,吸放氢的质量分数分别为1.33%和1.14%,焓变为-59.69 kJ/mol,吸热峰顶所对应的温度为86.3℃,吸放氢特征时间（tξ=0.875）分别为11.2和108.7 s.结果表明,该合金与其它工艺下的样品相比,吸氢量最大,放氢后物相结构最稳定,吸热峰顶所对应的温度最低,吸放氢速度最快.     

热边界条件对双辊薄带凝固过程的影响

双辊薄带连铸的宏观温度场和凝固微观组织会受到铸辊和涂层的换热影响。建立了双辊薄带凝固坯壳-涂层-铸辊的物理模型,探究凝固坯壳与涂层间的换热系数(h_1)和涂层与铸辊间的换热系数(h_2)对薄带凝固过程在宏观温度场与微观组织上的影响。研究结果表明:双辊薄带的钢液凝固符合平方根定律;h_1的增大可以有效改善涂层表面裂纹的产生,加快钢液凝固,让铸坯微观组织的平均晶粒面积增大;h_2的增大可以改善涂层剥离情况,但会增加涂层表面开裂的可能,同时能使铸坯微观组织的平均晶粒面积增大。