中间包吹氩去除钢水夹杂物

通过现场实验,研究了中间包吹氩位置和氩气流量对钢水洁净度的影响,重点探讨了在注流区吹氩对钢水洁净度的影响.结果表明:在T型中间包注流区内进行合适流量吹氩可提高钢水洁净度,在浇铸区拐角处和塞棒附近吹氩对钢水洁净度没有明显的影响;在注流区内吹氩,合适的氩气流量为6L·min-1,与不吹氩相比,钢中总氧降低率和夹杂物的去除率均可提高10%左右,但15L·min-1的大流量吹氩将会显著增加钢中总氧和大型夹杂物数量.分析认为:注流区内大的湍流强度可将氩气泡击碎成弥散小气泡,大量小气泡在钢液中上浮,不但提高了气泡捕捉夹杂物的概率,而且增加了夹杂物之间的碰撞机会,其结果是增大了夹杂物的粒径,促进了夹杂物的上浮去除;同时,注流区离水口距离最远,在注流区吹氩,碰撞长大的夹杂物有更长的时间上浮排出.以上两个因素的共同作用,使得在注流区吹氩对去除钢水夹杂物有显著效果.     

新型中间包结构数学模拟

为了延长钢水在中间包内的停留时间、减少卷渣和改善夹杂物的上浮排出,提高铸坯的质量,通过对中间包结构发展的分析,提出了新型中间包结构——导流隔墙和导流管结合。同时,应用FLUENT软件对新型的中间包结构进行了数学模拟,计算了新型中间包结构内的钢液流动。结果表明,新型中间包结构内钢液流动合理,有利于中间包内夹杂物的上浮排除。     

板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的影响

板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩使结晶器流场发生改变,引起液面波动,造成铸坯卷渣.为了的这一问题,采用大样电解方法结合扫描电镜技术,研究了板坯连铸结晶器浸入式水口不同吹氩量和吹氩分配方式对铸坯夹杂物的数量和类型的影响,提出了减少卷渣的合理结晶器吹氩量和吹氩分配方式,得出了卷渣占结晶器夹杂物的比例超过半数的结论.分析表明合理的吹氩参数对减少结晶器卷渣有着重要的意义.     

新型中间包结构数学模拟

为了延长钢水在中间包内的停留时间、减少卷渣和改善夹杂物的上浮排出,提高铸坯的质量,通过对中间包结构发展的分析,提出了新型中间包结构--导流隔墙和导流管结合.同时,应用FLUENT软件对新型的中间包结构进行了数学模拟,计算了新型中间包结构内的钢液流动.结果表明,新型中间包结构内钢液流动合理,有利于中间包内夹杂物的上浮排除.     

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

夹杂物去除是钢液精炼的重要任务之一。目前与去除夹杂物相关的工艺方法主要有:钢包-电磁搅拌和钢包底吹氩;RH及RH侧底复吹;中间包-控流装置、气幕挡墙和通道电磁感应加热;结晶器电磁搅拌与电磁制动和水口吹氩。本文总结了钢水精炼中各个反应器去除夹杂物的方法和机理,并分析了影响夹杂物去除效率的主要因素,为钢水二次精炼的夹杂物去除工艺优化提供理论依据和参考。     

连铸中间包内夹杂物去除行为的物理模拟

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包物理模型实验,考察了换钢包过程中,中间包初始液面高度、长水口注入流量及控流装置对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:中间包初始液面高度从工作液面的1/4到3/4过程中夹杂物去除率提高较快,3/4工作液面为较理想的换钢包操作液面;夹杂物的去除率随长水口注入流量的增加而增大,注入流量超过2.5m3h-1时,夹杂物去除效果明显改善;挡墙挡坝组合控流装置的去夹杂效果较无控流装置有明显改善,在此基础上加入抑湍器后,去夹杂效果明显改善.     

钢包底吹氩方式对LF精炼的影响

采用FLUENT大型商业软件和水模拟装置对某厂50tLF炉底吹氩喷嘴的布置方式进行了数值模拟和水模拟研究.分别讨论了单孔、双孔中心对称和双孔轴对称三种底吹氩喷嘴布置方式对钢液混匀时间的影响和钢液表面的卷渣情况.结果表明,在相同的吹氩量下,采用双孔轴对称底吹氩钢液混匀时间最短,在整个钢包内部及表面,钢液流动速度均匀而稳定,基本消除了搅拌死区,可以有效防止钢液卷渣,并为夹杂物的去除提供良好的动力学条件.     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

中间包底吹氩工艺优化的模拟研究

建立模拟中间包底吹氩过程的气-液两相流数学模型,研究了控流装置的布置方式、吹氩量对中间包内钢液流动行为和钢液平均停留时间的影响,并利用水模型试验对数值模拟的准确性进行了验证。与相同条件下的物理模拟结果对比可知,利用所建数学模型模拟计算中间包内钢液流动行为是可行的。数值模拟结果表明,在中间包内设置挡墙、挡坝和透气砖时,最佳的透气砖位置是距塞棒570 mm,氩气流量为31.26L/min,此时钢液平均停留时间为8.74min;利用透气砖代替挡坝和挡墙均延长了中间包内钢液的平均停留时间,且随着吹氩量的增大,钢液平均停留时间大致呈减少趋势;对比透气砖和挡坝组合,采用透气砖和挡墙组合更利于提高钢液的纯净度,此时较优的吹氩量为20.84L/min,相应的中间包内钢液平均停留时间为8.77min。     

连铸中间包内部结构优化的数理模拟及冶金效果

通过中间包水模型实验和数值模拟对4流中间包两种控流装置下包内流场进行了模拟研究.结果表明:原中间包内由于形成了短路流使得钢液在中部水口的停留时间短,与边部水口的停留时间相差大.改进型中间包能均匀钢液在不同水口的停留时间,减小中间包的死区比例,提高夹杂物的去除率.工业实验表明与原中间包相比,使用改进型中间包铸坯中的大型夹杂物含量和显微夹杂物数量分别降低44.9%和2.7%.     

阻流器流控装置下中间包内的流场

通过物理和数学模拟研究了一种新型中间包流控制装置－阻流器对中间包内流场的影响。并通过同传统的单档墙，坝下中间包内流场的比较，得出阻流器可改变中间包内传统的流场。使钢液由长水口注入中间包后再返回自身，从而消除了中间包短流，发展了表面流，延长了滞止时间和平均停留时间，有利于中间包内夹杂物的去除。在较大的拉速下使用单档墙＋单坝＋阻流器的组合结构，效果更好，数学模型计算出的流场同水模型实验吻合较好。     

板坯连铸结晶器吹氩工艺参数优化

采用流体体积(VOF)方法和拉格朗日离散模型建立了反映230mm×1100mm板坯连铸结晶器吹氩过程中钢液、熔渣和氩气气泡流动行为的数学模型,通过数值模拟方法研究吹氩量、拉坯速度和水口浸入深度等工艺参数对结晶器内钢/渣界面行为特征的影响规律。结果表明,吹氩会明显加剧水口附近的钢/渣界面波动,选择合适的拉坯速度能有效降低该处的界面波动幅度,同时吹氩有利于减缓结晶器弯月面处的液面波动,可在一定程度上达到稳定钢/渣界面的目的。从16种工艺配置方案中优化出该结晶器的最佳吹氩工艺参数为:拉坯速度1.2m/min,吹氩量9L/min,水口浸入深度120mm。     

坩埚材质对55SiCr弹簧钢中夹杂物的影响

实验采用MoSi₂炉研究了MgO,MgO-CaO两种耐火材料对55SiCr弹簧钢中夹杂物的影响.结果表明,MgO,MgO-CaO两种坩埚冶炼均能使钢种成分控制在目标范围内,但与MgO坩埚相比,MgO-CaO坩埚净化钢液的效果更好:一方面,经MgO-CaO坩埚冶炼的55SiCr弹簧钢,钢中P,S,酸溶铝［Al］_s 以及全氧T.O质量分数分别降低至56×10^-6,10×10^-6,≤5 ×10^-6,以及4×10^-6;另一方面,钢中夹杂物的平均直径由1.376μm降低至1.222μm,夹杂物尺寸＜2μm的比例由79%上升至89%.这主要是因为碱性MgO-CaO坩埚兼具脱磷、脱硫、脱氧的作用,同时CaO还能与钢中的Al₂O₃夹杂物发生反应,生成熔点更低的复合夹杂物,因此更容易上浮去除,进一步净化钢液.     

软吹氩流量对LF精炼ML08AL钢液中夹杂物的影响

为实现钢液的洁净化,在安泰集团90tBOF-90tLF-150×150mm~2CC生产线上,调整LF精炼中软吹氩流量,并在不同精炼工序和结晶器中取样,用光学显微镜和扫描电镜(SEM-EDS)的分析结果,研究软吹氩流量对ML08Al钢液中夹杂物行为及钙处理对夹杂物的影响。研究结果表明:250~300L/min的软吹氩流量能有效地脱除钢液中的夹杂物,对10μm的夹杂物脱除效果显著;在软吹前后,夹杂物平均尺寸从2.34μm减小到1.18μm,夹杂物面积分数从3 467.7μm~2/mm~2降低到413μm~2/mm~2.当软吹流量达到340L/min时,夹杂物的面积分数急剧上升,脱除效果变差。钙处理把铝脱氧产生的高熔点脆性Al_2O_3和MgO·Al_2O_3夹杂物变性为低熔点的钙铝酸盐类夹杂物;部分夹杂物变性为芯部是Al_2O_3外部包裹CaS的小尺寸球状复合夹杂物。     

电渣重熔过程钢中氧含量预测及控制

为降低电渣钢锭中的总w_○O,建立了预测界面传质速率的同步反应热-动力学模型,对电渣重熔过程的氧传递行为与电磁-流动-传热-传质进行耦合分析,并提出钢液中w_○O的控制方法.结果表明,随重熔过程的进行,熔渣中w_○FeO和钢液中w_○O均升高,呈现重熔前期“脱氧”、后期“增氧”的现象,渣池-电极端部和渣池-金属熔滴界面是w_○O升高的主要位置.当电流为1200~1800A时,熔炼相同长度电极时的钢液中w_○O从82.4×10^-6降低到70.6×10^-6;采用惰性气体保护,使钢液中w_○O从78.7×10^-6降低到15.3×10^-6;使用70% CaF₂+30% Al₂O₃渣系控制钢液中w_○O的效果最佳,低w_○Al2O3的渣系有利于降低钢液中w_○O.     

扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动的影响

建立中间包浇铸过程钢-渣-气多相流数学模型,研究稳态浇铸和换钢包过程非稳态浇铸时,扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动行为的影响。结果表明,稳态浇铸时,使用扩张型长水口可以有效减小冲击区内钢液湍动能和液面流速,降低钢液面裸露和钢渣卷混的倾向;换钢包非稳态浇铸时,随着扩张型长水口内径增大,钢液面裸露面积整体逐渐减小,但长水口内径扩张2倍时,会由于排除气体量大,造成钢液面较长时间的裸露;使用内径扩张1.5倍的长水口时,钢液面裸露面积小,没有明显的钢渣卷混,有利于提高钢液纯净度。     

非对称两流中间包内流体流动的对称化

采用数值模拟和水模型实验相结合的方法研究了不同控流方案下非对称两流中间包内流体流动行为,并将优化方案进行了工业实验.实验结果表明:采用经典组合方法计算各流的死区时,出现负死区现象,因此采用平均停留时间作为评价参数;原方案中靠近长水口侧出口的平均停留时间为194s,水口两流之间的平均停留时间之差为97s,两流之间钢液温度差为5℃.利用非对称长方形湍流控制器可以实现钢液在湍流控制器出口处流量的非对称分布.采用非对称长方形湍流控制器和多孔挡墙后,近长水口侧出口的平均停留时间为211s,水口两流之间的平均停留时间之差为34s,两流之间钢液温度差为3℃.     

板坯连铸结晶器内流场与液面波动的模拟研究

通过建立结晶器原型数学模型和相似比为1:1.5的结晶器水模型并结合PIV测速技术,研究了吹氩流量、拉坯速度、水口倾角和水口浸入深度对连铸结晶器内钢液流动和钢-渣界面波动情况的影响.结果表明,不同条件下,通过数值模拟方法得到的钢液流动行为与水模型实验结果相符;适当增大吹氩流量有利于降低窄面液面波高,但吹氩流量过大会加剧水...     

中间包下挡墙溢流卷渣行为

通过采用数值模拟、水模型实验和工业试验相结合的方法研究了中间包内钢水液面在下挡墙时的卷渣行为.数值模拟结果发现:当钢液面接近下挡墙时,上下挡墙问钢液面容易暴露,造成钢水氧化,在下挡墙出口区一侧容易造成钢渣乳化和卷渣,在出口区下挡墙与中间包壁形成的角部区域卷渣趋势更大;溢过下挡墙的流体对下挡墙冲蚀较严重,在实际生产中将缩短中间包寿命;当中间包液面降低到下挡墙附近时在下挡墙处形成的卷渣很难在中间包内上浮去除,容易进入结晶器.水模型实验和工业试验同时验证了这一结果.     

不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较

通过对新钢改进钢包吹氩工艺后的钢样电解分析发现,改进后的钢包吹氩工艺对大型夹杂物平均去除率达到了34.3%,特别是对于直径大于300μm的大型夹杂物去除率达到100%.利用扫描电镜对所取金相试样进行了夹杂物分析,确定了钢液中夹杂物的类型主要有:硅酸盐和硫化锰.利用金相显微镜对金相样中的显微夹杂物进行统计分析发现,改进吹氩方案下各个粒径范围的显微夹杂物都有一定减少,由此表明改进吹氩方案对显微夹杂物的去除有显著效果.吹氩的合理与否将直接决定钢液中的大型夹杂物和显微夹杂物的去除率.