钢包浸渍罩喷粉脱硫动力学

通过建立钢包浸渍罩喷粉脱硫反应的动力学模型，研究了初始硫，顶渣组成及渣量等对喷粉脱硫的影响，结果说明模型计算的终点硫与试验值相近，模拟结果有助于试验方案的制定及工业试验的准备。     

埋入喷粉精炼动力学模型——瞬时性反应与永久性接触反应(Ⅰ)

本文研制的模型能清楚地表明采用埋入喷吹,例如喷CaO基粉剂对铁水脱硫时,影响精炼动力学的一些重要因素。模型能够计算喷入熔体中粉剂在它上升时的反应(瞬时反应)与熔体同顶渣的反应(永久性接触反应)的名自作用;也能对“过脱硫”以及由此而产生的回硫进行定量的估算。模型应用到小型喷粉试验时,发现永久性接触反应和瞬时反应的作用大致是相等的。对所测定的熔体与上升气泡间反应速度常数同以前理论上所予报的速度常数基本上是相符合的。     

电渣重熔过程中金属熔池形状的数学模拟

本文利用了前人关于熔滴在渣池中行为的研究成果和渣池中有关传热规律的实验资料,确定了渣池一金属熔池界面上的边界条件,通过实验确定了输入功率与熔化速度的关系,建立了包括有金属熔池、两相区,凝周锭在内的电渣锭温度场的数学模型,经数值计算,得到6种不同熔化速度的熔池形状,与实验进行比较,其结果令人满意。     

空心环形件电渣熔铸内结晶器铜板变形有限元瞬态分析

借助有限元方法,建立含结晶器、自耗电极、渣池、金属熔池、铸锭、底垫、渣壳和气隙区的物理模型,模拟"空心环形件电渣熔铸"金属熔池形成、发展、结束过程中内结晶器铜板的径向变形.模拟与试验结果表明,当结晶器、自耗电极、渣料渣深、炉口电压相同时,一般金属熔池越浅,越容易获得良好组织;金属熔池越深且温度越高,内结晶器铜板炉后径向位移量越大;熔铸过程内结晶器铜板中部最易变形,该位置增加筋板可有效控制内结晶器铜板的炉后径向变形.     

BaO,B2O3对CaO基精炼渣熔化性能及脱硫能力的影响

在CaO基精炼渣中加入BaO和B2O3进行改质,对改质后的精炼渣进行熔化性能和脱硫性能的实验研究.结果表明,BaO可以降低精炼渣的熔点和粘度,有效地改善钢-渣反应的动力学条件,同时增强精炼渣的脱硫能力.当BaO含量为15%～25%时,脱硫率稳定在90%以上;而B2O3对精炼渣的脱硫率无明显影响,可取代CaF2作为助熔剂加入.     

顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程的数学模拟——模型应用及结果

应用提出的数学模型分析和处理了120t顶底复吹VOD炉内20炉409L型铁素体不锈钢的精炼。结果表明,该模型可较精确地估计整个精炼过程中钢液成分和温度随时间的变化。氧化精炼期钢中各元素间的竞争性氧化和相应的氧分配比,以及还原精炼期渣中各氧化物的竞争性还原和对应的供氧率,均可用反应的Gibbs自由能来表征和确定。对本工作409L型不锈钢的顶底复吹过程,脱碳的临界碳浓度(在该浓度后,脱碳变为由钢液内碳的传质控制)为(0.1190~0.1820)mass%,与顶吹氧过程的临界碳浓度基本相合。由模型估计考察了各有关因素对精炼效果的影响和吹炼工艺的优化。该模型可为制定和优化顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼工艺及过程的实时在线控制提供有用的信息和可靠的依据。     

富铁镍渣煤基氢冶金等温还原动力学研究

采用煤基氢冶金工艺对富铁镍渣中的铁组元进行高效还原,研究了不同温度下镍渣球团等温还原过程金属化率变化规律,利用粒子模型和未反应核模型对镍渣球团的煤基氢还原动力学过程进行分析讨论,明确了各反应阶段的控制环节并建立了相应动力学方程.研究表明：以高挥发分煤为还原介质,掺煤镍渣球团在1 300℃还原焙烧20 min的金属化率可达90.2%;球团还原过程可分为反应初期、中期和后期3个阶段,其反应动力学分别受界面化学反应控制、反应-扩散混合控制和内扩散控制,反应表观活化能(E_a)分别为1 74.01、124.15、83.14 kJ/mol.     

线性电磁搅拌下钢包炉内卷渣临界速度的模拟研究

在钢包精炼炉旁配备了电磁搅拌系统,并利用多普勒超声波测速仪对线性电磁搅拌方式下金属液与模拟熔渣的界面流速分布状况进行了测定及分析;确定了卷渣临界流速等重要冶金参数,并根据相似原理对实际钢包精炼炉的对应参数进行了分析.研究发现,电磁搅拌可以有效促进金属液的内部流动,从而显著改善金属液内部的动力学条件,是提高钢包精炼效率的有效手段.在生产中,可以卷渣临界流速为依据,针对不同的精炼工艺要求采用不同的电磁搅拌强度.     

电渣重熔过程电磁场和温度场数值模拟

建立了考虑电流集肤效应的三维电渣重熔电磁场和温度场数学模型,并采用电磁场和金属熔池形貌测量方法分别验证了数学模型的准确性,分析了电流频率和渣池厚度对电渣重熔过程电流密度、磁感应强度、电磁力、焦耳热、温度、熔池深度的影响规律.结果表明:随着电流频率增加,电极和钢锭表面电流集肤效应明显,渣池内部电流分布基本不变;电渣重熔系统内最大焦耳热位于平底电极与渣池接触角部,然而高温区位于渣池内部电极下方靠近渣金界面处.当渣池厚度从015m增加到021m,渣池中心轴线上最高温度从1826℃降低到1721℃,金属熔池深度从022m降低到016m.     

2种浸入式侧吹模式下的熔池搅拌现象

在考虑流股成泡后各分散气泡形阻力的影响以及气液相运动时相间的滑移等条件的基础上,耦合了Sato模型和湍流分散力,建立了欧拉气液两相多流体模型;采用计算流体力学的方法对深侧吹和浅侧吹2种不同浸入式侧吹模式下熔池内两相流动状态和混合特性等进行了计算和比较.研究结果表明:浸入式侧吹能有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流;深侧吹比浅侧吹具有更强的搅拌能力和更快的混合速度,相间和相内传质速度更快,可以为高碳锰铁快速脱碳提供更加良好的反应动力学条件.     

T型导电结晶器电渣重熔空心钢锭过程的数值模拟

基于新开发的电渣重熔空心钢锭技术,建立了渣池和空心钢锭的三维准稳态数学模型.利用商业软件ANSYS模拟并得到了非导电和导电结晶器工况下,电渣重熔空心钢锭过程的电磁场、流场与温度场.计算结果表明:导电结晶器工况下,渣池的电流密度和焦耳热最大值均出现在T型结晶器的导电段部分,导电结晶器附近的熔池流动速度较快,渣池的温度场更为均匀,金属熔池形状更为浅平.导电结晶器在交换电极时持续保持渣池和金属熔池温度,能够避免渣池温度迅速下降而导致靠近结晶器壁的钢水迅速凝固而出现渣沟,可大大提高钢锭的凝固质量和表面质量.     

大型电渣炉钢锭凝固过程的动态快速响应模型

为了研究电渣重熔中凝固过程对钢锭质量的影响,建立了大型电渣重熔过程钢锭凝固过程动态快速响应数学模型 利用控制容积积分法离散数学模型方程,采用附加源项法解决非线性模型方程快速迭代收敛问题 应用该模型预测的温度场及金属熔池形状同实验结果吻合较好 针对一典型大钢锭凝固过程动态温度分布及熔池形状进行了模拟分析,结果表明,当钢锭高度线性增加,而重熔钢锭锭高与直径之比超过1 1时,钢锭熔池形状基本稳定;在低熔铸速度阶段,熔铸速度对最大液池深度的影响不大;当熔铸速度增加时,熔铸速度对最大液池深度的影响有增大倾向     

EBT-LF-VD-CC工艺冶炼GCr15轴承钢氧含量的控制

通过铁水预处理-EBT-吹氩-LF精炼-VD真空处理-连铸工艺生产轴承钢GCr15的实践,得出冶炼终点钢水碳含量为0.50~0.70%时,钢水氧含量在50×10-6~120×10-6之间,经出钢时脱氧、吹氩、LF精炼及VD真空处理后,中间包钢水中的全氧含量为(10～12)×10-6,铸坯中全氧<11×10-6。分析表明,加强熔池搅拌,使钢渣充分反应,控制终点碳含量和成品铝含量,采用高碱度渣精炼,VD真空处理,可使轴承钢中全氧进一步降低。     

精炼渣中FeO的活度模型

根据熔渣结构的分子离子共存理论,建立了SiO2-Al2O3-CaO-MgO-FeO-MnO六元渣系的活度计算模型。计算得到了LF精炼渣中FeO的活度值,并分析了炉渣成分Al2O3、FeO以及碱度w(CaO)/w(SiO2)对FeO活度的影响,为帘线钢精炼变渣过程中控制回硫提供指导。     

激光加工熔池自由液面特性

针对激光加工过程中,熔池自由液面的静态特性,从熔池自由面的表面张力变化入手,应用热焓源项法和多孔介质模型,发展了对金属流体区和固体区统一的数值分析方法,揭示了熔池内部的流动、换热规律和熔池自由面的表面张力分布.通过熔池自由面的静态受力分析,结合熔池内计算结果,分析了对熔池自由面形状的形成.应用该模型对AISI304不锈钢的某一激光加工过程求解,分析了不同加工工艺以及工件物性对熔池自由面形状的影响.     

磁控带极电渣堆焊熔池行为的研究

本文针对带极电渣堆焊熔池体积大的特点,利用焊前在试板的纵、横向镶嵌铜条,焊后检测铜质点在堆敷金属中分布的方法,结合熔池温度的测定,研究了带极电渣堆焊的熔池行为。结果表明,熔池表面和底部的温度都低于电弧焊,这是造成低稀释率的根本原因;熔池内熔融金属流动速度的分布是由熔池温度分布决定的;熔池在外磁场力的作用下,当磁控电流增大或磁棒与带极距离增大时,焊道宽度增大,表面平整,咬边被消除。     

双丝共熔池熔化极气体保护焊熔池流动的数值模拟

利用FLOW3D软件建立三维数值模型,以模拟船用A36低碳钢双丝熔化极气体保护焊(GMAW)熔池的流动行为.采用双椭球热源模型,考虑电弧压力、表面张力、电磁力及浮力所驱动的熔池内液态金属的流动和热传递,以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用,并利用高速摄影技术观察熔池的流动行为.结果表明,双丝GMAW形成了单一共熔池,后丝产生的电弧压力分量抑制了液态金属向熔池尾部的流动,双丝之间形成的"推-拉"流动方式以及熔池向外流动方式有助于形成较好的焊缝;双丝GMAW熔池内不易形成毛细不稳定流动的现象,熔池前后表面张力的法向分量相对平衡,没有出现液体通道收缩及提前凝固的现象.     

V-Ti-Fe中间合金的精炼工艺

以金属热还原法制备的V-Ti-Fe中间合金为原料,采用喷吹造渣的方式对其进行精炼研究,实验考察了渣系组成和精炼温度对精炼效果的影响.结果表明:渣体中m(CaF2)/m(CaO)值为3.0,TiO2用量为总渣量的10%,用渣量为合金用量的35%,精炼温度为1 600℃时,精炼效果较好;精炼后合金中的Al质量分数由7.11%降到了2.61%,合金中的Si质量分数变化较小,仅由1.25%降到了0.97%.XRD和SEM分析表明,精炼后合金中没有出现氧化物相,精炼有效地去除了合金中的氧化物夹杂,降低了合金的成分偏析.     

电渣重熔凝固过程的动态控制

本文建立了电渣重熔凝固过程的动态数学模型,根据该模型对重熔过程中的液态金属熔池深度进行恒值控制,计算出了控制过程中钢锭的局部凝固时间、枝晶前方的温度梯度与枝晶生长速度之比这两个凝固参数。探讨了从凝固参数内在变化的要求出发确定工艺曲线的方法。     

极低硫钢的精炼脱硫动力学模型

通过对影响脱硫反应限制性环节的分析,将持续接触和瞬时接触两种反应模式综合考虑,建立了精炼脱硫动力学模型,并通过实验室"极低硫钢精炼脱硫"实验数据对模型进行验证.结果表明,本模型的预测结果与实验结果比较吻合.