绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 2906 条结果
[硕士论文] 刘佳
材料工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:P91钢以其本身具有的较高抗氧化、抗腐蚀等优异性能,在电厂建设和电站锅炉方面获得了广泛的应用,如今在石油化工装备技术领域也有着举足轻重的地位,因此引起了国内外大多数学者的关注,拥有巨大的市场潜力。一方面随着电站锅炉机组向超临界锅炉方向发展,需要大量高质量的P91大口径厚壁管,而该P91钢管的纯净度有严格要求;另一方面我国煤炭间接液化装备动力站用耐高温、高压无缝钢管关键部位还依赖于进口,而超纯净化的P91钢可满足其需求。但是冶炼高纯净P91钢,对非金属夹杂物以及氧含量等技术指标要求严格,故其冶炼过程中控制钢中氧含量和选择脱氧方式成为难点。
  本文主要是对冶炼过程中气体含量以及夹杂物控制的研究,包括在电炉阶段采用分阶段吹氧,控制终点碳在50ppm以下;精炼过程中选择扩散脱氧,高温时用铝粉脱氧,控制铝含量在0.010%到0.015%之间,提高脱氧效率及能力;钢水VD(V指真空、D指脱气)前在真空下硅钙处理及终脱氧,减少夹杂物,控制A类、B类、C类、D类及DS类夹杂物总含量低于3.5级,控制氧含量低于20ppm;优化待料时间、温度,使晶粒度稳定于5级~8级。通过在电炉初炼、出钢过程、精炼及浇注过程的各个控制环节采取措施,探究了P91钢冶炼过程中脱氧工艺,使P91钢的全氧含量、夹杂物都达到技术指标要求,提高了P91钢的纯净度,也使其强度、韧性、抗高温性、耐腐蚀性等各项性能得到了强化提升。
  经过样件试制、小批量试制到批量生产,P91无缝钢管产品性能指标高、质量稳定。
[博士论文] 林云蕾
载运工具运用工程 中国铁道科学研究院 2018(学位年度)
摘要:辙叉是铁路线路的关键构件之一,服役过程中受到巨大的交变冲击载荷和高应力的作用,不仅要求材料具有高强度高韧性,还要求材料耐磨损等,为铁路的安全、高效提供保障。空冷贝氏体钢具有高的强度(1200MPa以上)、良好的韧性(室温冲击韧性40J以上),良好的焊接性等优点,因此被普遍认为是制造钢轨及辙叉的新一代结构材料。但是,随着中国铁路向重载化方向快速发展,对铁路用关键部件辙叉的强韧性、耐磨性和抗疲劳性提出了更高的要求,同时无缝线路的大力发展也要求钢轨和辙叉具有良好的焊接性。提高贝氏体钢轨性能的方法有合金化法和热处理方法,合金化法主要通过添加Mn、Cr、Mo、Ni等合金元素提高钢的强度和硬度,保证贝氏体钢具有良好的韧性,但加入合金元素过多易使贝氏体钢的组织产生偏析,对材料的力学性能和组织均匀性、稳定性不利。实际生产中,热处理方法主要通过等温处理和控制冷却实现贝氏体钢的组织控制。为了获得良好的贝氏体组织,必须尽量减少贝氏体钢中的合金元素含量,提高贝氏体组织的均匀性和稳定性。同时,结合热处理,调节贝氏体钢的性能和组织,使其达到良好的强韧性配合。
  本文设计了9种贝氏体钢,采用真空感应熔炼炉进行冶炼并锻造,评价了不同成分贝氏体钢的强度、硬度、室温冲击韧性,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等技术对各材料的显微组织进行了研究,并探讨了C、Cr、V、Ni、Al等元素对各材料组织和性能的影响。结果表明,贝氏体钢的组织主要为无碳化物贝氏体+M/A岛,薄膜状残余奥氏体分布在贝氏体铁素体板条间,也有少量分布在贝氏体铁素体板条内,与板条成20°~40°夹角。随着C含量增加,M/A岛数量和残余奥氏体的含量增多,贝氏体钢的强度随之增加,塑韧性先增加后降低。随Cr含量增加,贝氏体钢的组织变细,贝氏体铁素体尺寸减小,板条间薄膜状残余奥氏体厚度变薄,贝氏体钢的强度随之增加,A和Z先增高后降低。添加V、Ni有利于提高钢的强度和硬度,改善钢的韧性。Al与Si有相似的作用,能够抑制贝氏体中的碳化物析出,使贝氏体钢形成无碳化物组织,但添加Al后贝氏体组织较粗,添加Al代替部分Si的贝氏体钢抗拉强度低于1250MPa,远低于其他贝氏体钢的抗拉强度(1400MPa以上)。通过合金元素优化,得到了强、韧、塑性配合较好的化成成分,其力学性能为:Rm=1467MPa,Rp0.2=850MPa,A=17.0%,Z=45.5%,KU2=52J,HRC=44.4。
  对试验贝氏体钢进行了热处理,热处理工艺为:900℃保温1.5h随炉冷却至室温+900℃保温1.0h空冷至室温+300℃保温3~4h空冷至室温。热处理使组织均得到了不同程度的细化,原贝氏体铁素体板条间的残余奥氏体厚度减小,贝氏体铁素体板条变得细长。XRD测试结果表明,经热处理后试验贝氏体钢的残余奥氏体含量均下降。力学性能测试结果表明,热处理对贝氏体钢的力学性能产生了不同的影响。
  在实验室试验的基础上,进行了辙叉贝氏体钢工业化试制,并对其连续冷却特性曲线进行测定,得到了特征点Ac1=730℃、Ac3=873℃、Ms=320℃。由连续冷却特性可知,在0.05℃/s~1.0℃/s冷速范围内,该贝氏体钢可获得以贝氏体为主的组织,当冷速大于1.5℃/s时,获得的组织为低碳马氏体为主;随着冷速增大,低碳马氏体含量逐渐增多。对工业化试制的贝氏体钢进行热处理优化试验,由显微组织和力学性能分析结果发现,退火可使贝氏体钢的晶粒细化,有助于改善钢的塑韧性,而正火温度过高可使晶粒粗化,不利于钢的塑韧性。由此得到了优化后的热处理工艺。
  本文研究的贝氏体钢已用于制造镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉,使用情况表明,上道半年至一年后,贝氏体钢辙叉的翼轨和叉心表面质量良好,磨耗较少,基本没有出现剥离掉块等伤损问题。
[硕士论文] 黎俊
材料科学与工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:中间包吹氩是去除钢液中微小夹杂物的有效手段,微小气泡对钢液中小夹杂物去除有重要作用,吹氩用透气耐火材料是决定气泡行为的关键因素之一。本文针对中间包条形气幕挡墙存在三角形气泡盲区的现象,采用水模实验与数值模拟计算方法,研究了透气环和气流量对中间包流场及氩气分布的影响,对中间包水口座砖结构形式和吹气参数进行了优化;结合中间包透气耐火材料的实际使用条件,采用粒度堆积方法对刚玉质弥散型透气耐火材料进行了实验研究,并制备出弥散型透气环用于中间包透气上水口座砖;为获得微小气泡,本文采用水模实验结合界面追踪数值模拟方法,研究了弥散型、直通孔型和狭缝型孔结构对气泡形成及运动过程的影响。论文得到以下主要结论:
  (1)采用尺寸小、粒度范围窄的刚玉颗粒,通过颗粒堆积,在材料中形成分布均匀的微小气孔,制得了强度高,透气性良好,气孔分布均匀,体积稳定的环形透气元件,在水模中吹气形成了均匀的微小气泡。
  (2)模拟结果表明,气泡的形成和运动不仅受到吹气参数、气液相对速度、润湿角等因素的影响,还与透气材料的气孔类型、孔径大小、孔间距及透气度有关;透气性能良好的弥散型材料容易形成微小气泡,直通孔型材料孔径小,且孔间距适中时可形成直径为0.2~2mm的小气泡;狭缝型透气元件,只有当孔隙宽度小于0.15mm,且气流量小时才能形成小气泡,但不能形成连续气幕。
  (3)通过安装在中间包水口座砖中环形透气耐火材料,向中间包吹入氩气,在塞棒周围形成了环形气泡幕,可以对进入中间包水口的所有钢液进行气洗,并有部分氩气流入中间包水口,形成稳定的环形气流,有利于抑制水口堵塞;透气环的宽度、距离水口中心距离以及吹气参数影响钢液流场及气泡分布。
[硕士论文] 艾凡
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:合适的中间包控流装置可以有效优化中间包内的流场,增加中间包夹杂物去除率。本文通过物理模型和数学模型,探究了新型湍流抑制器和带填料的双层挡墙组合方案对中间包流场及夹杂物去除率的影响。主要结论如下:
  (1)水力学模型的染色实验表明,在中间包冲击区内,湍流抑制器能缓冲长水口流入的钢液,起到抑制湍动能的作用。三种湍流抑制器方案中,月牙型挡块湍流抑制器能在冲击区产生明显的旋流,能有效抑制钢液湍流,减少液面卷渣。三种双层挡墙方案都能在一定程度上减少死区,其中“X型”挡墙方案的死区体积分数最小。
  (2)RTD曲线表明,相比于原型中间包,月牙型挡块湍流抑制器+“X型”双层挡墙+19mm填料珠的方案是最优方案,活塞区体积分数达到23.55%,明显高于原始中间包的18.95%。相比于原包死区体积分数18.98%,最优方案死区体积分数较小,为16.66%。表明在中间包内设置湍流抑制器和双层挡墙,能优化中间包钢液的流场。
  (3)夹杂物模拟去除实验表明,同一方案下,粒度分布为20~27μm的模拟粒子的去除率要比粒度分布为5~10μm和11~19μm的模拟粒子去除率高40%以上,这是因为粒度较大的模拟粒子容易上浮去除,而粒度较小的模拟粒子上浮能力有限,不容易上浮去除。各方案对应的去除率的变化规律基本跟整体平均停留时间的变化规律保持一致,整体平均停留时间较长的方案,模拟粒子的去除率也比较高。
  (4)对中间包数值模拟计算的结果作极差分析,结果表明,挡墙的类型是影响中间包内流场的主要因素,湍流抑制器的类型是次要影响因素,而填料玻璃珠的直径对中间包内流场的影响是最小的。
  (5)月牙型挡块湍流抑制器+“X型”双层挡墙+19mm填料珠这个方案的综合夹杂物去除效果最好,综合去除率能达到70.27%,这和中间包的最优流场方案是一致的。
[硕士论文] 宋潇
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:重轨钢大方坯作为300km/h高速铁路钢轨的基材,易出现中心偏析、中心疏松等缺陷,轻压下技术作为有效控制措施,成为生产企业关注的热点。本论文依据某厂U71Mn大方坯生产工艺,建立大方坯凝固传热热力耦合模型与大方坯轻压下热力耦合模型,应用MSC.Marc有限元软件建模求解,并进行射钉试验验证凝固传热模型,分析了拉速、冷却制度、过热度对铸坯凝固和铸坯自由热收缩的影响,研究了压下量、压下位置等工艺参数对大方坯轻压下过程铸坯变形行为以及应力应变分布的影响。研究结果表明:
  (1)采用较大拉速、更弱冷却模式和较高浇铸温度浇铸时,重轨钢大方坯表面温度较高,波动也较小,断面温度分布也更加均匀,两相区间和凝固终点也有所延长。常见压下区间范围fS=0.2~0.8,对应连铸机的1~4#机架之间。
  (2)重轨钢大方坯凝固过程中,铸坯角部收缩量最大,窄面次之,宽面最小。拉坯方向,铸坯凝固收缩速度逐渐增大,空冷段收缩量最大,压下机架区间铸坯收缩量4.56~8.11mm。
  (3)轻压下时铸坯两相区面积减小量随着压下量的增大、铸坯固相率的减小而增大;两相区面积减小率随着压下量增大而增大,受铸坯中心固相率影响较小;采用较大压下量和固相率更有利于促进铸坯中心两相区钢液流动。
  (4)压下量不超过3mm时,任何固相率下进行轻压下,裂纹敏感区都不会有产生压下裂纹的风险;当压下量为4mm时,固相率不能超过0.6;如需压下5mm时,固相率不应超过0.4。
  (5)综合考虑压下工艺参数对两相区面积和裂纹敏感区应变的影响及连铸机压下机架布置,重轨钢大方坯合理的轻压下工艺参数为固相率0.6~0.8、压下量不超过3mm。
[博士论文] 方庆
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:高速钢轨是高速铁路的基础部件,而重轨钢连铸大方坯质量直接决定高速钢轨品质。重轨钢大方坯的凝固组织演变及流动、传热和传质行为直接影响着其表面及内部质量,是控制重轨钢大方坯质量的关键。本文对某厂生产的380mm×280mm U71Mn重轨钢大方坯连铸过程凝固组织的控制、湍流区冶金行为的优化及铸坯中心偏析的改善开展了一系列研究,为生产高品质重轨钢的连铸工艺提供一定的理论依据。
  采用CAF(E)模型研究了不同冷却制度和过热度条件下大方坯连铸凝固传热及组织演变规律。研究结果表明:凝固坯壳结果与射钉实验结果相符合,误差在4%以内,凝固组织分布与酸洗照片吻合。超弱冷条件下铸坯凝固终点比弱冷条件延长约2.46m,中心两相区长度扩大1.46m左右,且表面与角部温度较高,铸坯空冷段后角部与表面回温较小,可有效减少铸坯表面缺陷的产生几率,两种冷却条件下铸坯断面内凝固组织的大小及分布相似。当过热度由15K增至40K时,铸坯中心等轴晶率由44.6%降至20.5%,平均晶粒半径由1.025mm增至1.128mm;过热度每上升5K,凝固终点后移0.19m,表面温度约增加3K;在保证流畅浇注的前提下,重轨钢钢水过热度可控制在20K以内。
  建立了大方坯连铸过程电磁流动-凝固传热-传质多物理场耦合模型,系统研究了不同浸入式水口和结晶器电磁搅拌参数下连铸湍流区内钢液的流动、液面波动、传热凝固及传质行为和相互作用。研究结果表明:采用四孔水口对角安装时,结晶器钢/渣界面波动幅度仅4.5mm,可消除注流冲击引起的宽边与窄边坯壳的薄化现象,避免拉漏,结晶器内夹杂物的上浮去除效果较好,铸坯表面与角部温差较小,且可减轻溶质在铸坯宽窄面的负偏析,初生坯壳内溶质分布相对均匀。加载结晶器电磁搅拌后,液面波动增至6.2mm,作用区内铸坯断面温度、坯壳厚度及溶质分布更加均匀,铸坯表面温度较高。随着电流强度的增大(450A~600A),作用区内铸坯宽面及窄面中心附近凝固前沿的切向速度增加,液面波动由5.3mm增至6.2mm,作用区凝固坯壳负偏析加重,角部偏析减弱,计算域出口坯壳厚度减小,而铸坯表面温度增高,电流强度应为600A。随着电磁搅拌安装位置的上移,钢/渣界面波动幅度增大,铸坯表面温度升高,计算域出口处坯壳变薄,钢液冲击深度减小,电磁搅拌中心应安装在距离弯月面约0.42m处。
  为改善铸坯中心偏析,提高铸坯内部质量,以大方坯连铸湍流区出口结果为基础,结合CAF(E)模型计算的铸坯凝固组织分布结果,利用多物理场耦合模型研究了冷却制度、结晶器和末端电磁搅拌对铸坯中心偏析的影响。研究结果表明:多物理场耦合模型模拟的溶质分布趋势与检测结果相符。结晶器电磁搅拌对铸坯二冷段及空冷段传热传质行为无影响,弱冷与超弱冷条件下铸坯的凝固终点分别为17.9m和20.5m,二者溶质传输行为一致。当末端电磁搅拌的电流强度由300A增至600A时,铸坯中心糊状区钢液的切向速度由0.013m/s增至0.023m/s,作用区出口铸坯中心液相率由0.7827降至0.7256,且电流强度每增加100A,铸坯中心温度多下降约2.4K;当电流强度在300A~400A之间时,电磁搅拌作用未产生负偏析和溶质浓度较低的位置,铸坯中心溶质浓度有明显降低且糊状区溶质分布较为均匀,末端电磁搅拌的电流强度在300A~400A之间可有效减轻中心偏析,提高铸坯质量。
[硕士论文] 杨梦
材料科学与工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:在钢铁冶炼过程中,钢液对耐火材料的冲蚀是耐火材料损毁的重要因素之一。本文采用高温钢液吹入氩气模拟气液两相冲蚀实验,结合水模实验、数值模拟,研究了气液两相流作用下钢液对铝镁系耐火材料的冲蚀行为及其与钢中夹杂物的关系,并根据冲蚀机理分析,建立了冲蚀数学模型,为提高耐火材料寿命与钢质量提供指导。论文研究主要得到如下结论:
  (1)钢液对铝镁系耐火材料冲蚀速率可表示为冲蚀系数及耐火材料高温抗剪切强度有关的函数式。结合高温钢液冲蚀实验、水模实验与数模计算,采用量纲分析方法得到了耐火材料冲蚀模型的函数表达式。
  (2)对刚玉质、铝镁质以及镁质耐火材料进行高温钢液冲蚀实验,发现钢液对耐火材料的冲蚀从基质部位开始,当钢液壁面剪切力大于材料的临界抗剪切强度时,基质被冲蚀掉,基质内部形成孔洞,钢液沿着孔洞或裂缝向内部渗透;当钢液逐渐冲蚀掉骨料周围的基质,使骨料裸露在钢液中时,骨料剥落。耐火材料冲蚀速率随着冲蚀时间呈现出先增大后减小的趋势,铝镁质耐火材料抗冲蚀性优于刚玉质耐火材料与镁质耐火材料。
  (3)钢中夹杂物的数量随冲蚀时间逐渐增加,部分小的夹杂物会聚集长大;不同耐火材料受钢液冲蚀后剥落进入钢液中会以不同组成的物相存在于钢液中,对钢质量产生不利影响。
  (4)气泡运动使钢液在耐火材料试样表面附近形成气液混合湍流流动,与吹氩中间包中耐火材料表面附近的湍流流动相似,该试验方法可用于模拟实际钢液流动对耐火材料的冲刷磨损。随着吹气量的增加,钢液流动速度逐渐增加,湍流流动加剧,钢液具有较大的速度和湍动能,在耐火材料表面产生较大的剪切力。根据数值模拟计算结果,并结合钢液冲蚀实验,获得了钢液对铝镁系耐火材料冲蚀的关联式。
[硕士论文] 阮墨
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代工业的飞速发展,低成本、高性能的低合金耐磨钢在恶劣工况下的应用越来越广泛。如何进一步提高耐磨钢的耐磨性能,一直是研究者非常关注的课题。本文以NM500低合金耐磨钢为基础,设计成分相似的低成本耐磨钢,设计并制备了15%硼+稀土硅铁合金+纳米TiC颗粒的4组复合变质剂,冶炼了5炉未变质处理及复合变质处理的耐磨钢,并采用合适的热处理工艺,研究不同的变质剂组成对耐磨钢的组织及性能的影响。采用扫描电镜、透射电镜等表征了钢中夹杂物、析出物的特征,研究了复合变质剂对钢中夹杂物及微观组织的影响,并对5炉钢的性能进行检测与分析。其主要结论如下:
  (1)通过复合变质剂中组分与铁基体的错配度的计算,结果表明,TiC与TiN与铁基体组织的错配度均小于12%,可以作为铁素体/奥氏体的有效形核核心,Ce在钢中形成多种硫氧化物,其中CeO2与Ce2O2S在一定程度上对铁素体/奥氏体的异质形核有效,而CeS、Ce2S3等无助于铁素体/奥氏体的异质形核。
  (2)相对于1#空白对照组,加入复合变质剂处理的2#~5#实验组的夹杂物数量上升,尺寸小于0.5μm的微粒数量增加,大尺寸夹杂物数量降低,钢洁净度提高,同时增加有效形核所需的微粒数量,实现钢的微观组织细化。
  (3)热力学计算表明,在凝固末期(fs约为0.95时),5组实验钢中均开始析出MnS,其中在添加复合变质剂的2#~5#钢样中,Ce会与钢液中的硫结合生成CexSy,在凝固末期,锰偏析富集,CeS可促进MnS的异质形核析出,形成稀土-锰-硫夹杂物,实现硫化锰的变性。
  (4)扫描、透射电镜表征发现,稀土改性夹杂物有助于降低网状碳化物的危害,并细化微观组织。未加入变质剂的1#钢中二次渗碳体呈连续网状,加入复合变质剂的2#~5#钢,网状碳化物发生不同程度的断网与减少,其中5#钢的改性程度最佳。TEM观察发现,稀土氧硫化物隔断了渗碳体的继续生长,稀土基变质剂能够降低网状碳化物对钢基体的危害。同时发现,球状Ce-Mn-S复合夹杂物以及纳米TiC在马氏体边界析出,在晶界处产生钉扎效应。并且,1#~5#钢样的晶粒尺寸分别为12μm、10μm、7μm、9μm、6μm,变质剂的加入明显细化了晶粒,其中5#钢的的晶粒尺寸最小。
  (5)硬度及耐磨性检测表明,对比未加入变质剂的1#钢,加入变质剂的2#~5#钢样中,硬度分别提升了8.36%、13.4%、6.22%、15.6%,耐磨性能分别提升了14%、39%、21%、63%,其中4#变质剂的变质效果最佳。
[硕士论文] 吴玲
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钢铁企业是现有国民经济的基础产业,支撑着国家工业化体系。炼钢连铸是钢铁生产中最重要的环节,而炼钢连铸重调度计划是生产过程出现扰动后形成的调整方案,重调度方案的制定与反应时间,直接影响全流程生产的连续性和稳定性。本文以某炼钢厂为背景,围绕炼钢精炼阶段机器故障下的炼钢连铸生产重调度问题进行研究,得出如下的研究成果:
  对炼钢连铸生产重调度问题进行分析,归纳炼钢连铸生产流程与重调度中各阶段的扰动因素,并对炼钢连铸重调度问题进行难点分析,挖掘针对炼钢精炼阶段机器故障下的重调度的逐步冲突消解方式以及各炉次的处理策略;
  以最小化开始时间、加工时间和设备指派差异度为目标,提出炼钢精炼阶段机器故障下重调度求解策略模型,并设计面向多并行机、多约束、多缓冲区的冲突消解机制,通过设置各阶段的等待时间上限,耦合各阶段的时序关系,保证生产过程的连续性;
  针对炼钢精炼阶段机器故障下的重调度问题,提出改进的启发式回溯算法,即在解码过程中加入两种启发式求解规则:按最小开工时间优先原则进行变量排序的变量启发式,与按最小可用机器优先原则进行值选择的值启发式;
  针对不同的案例,分别进行处理分析,以验证改进的启发式回溯算法的有效性,及面向炼钢精炼阶段机器故障下重调度求解方法的可行性。证明所提方法和算法对实际钢铁厂不确定扰动下的生产过程控制具有一定的理论指导意义。
[博士论文] 余岳
钢铁冶金 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:不锈钢渣是不锈钢冶炼的副产品,可用作路基材料和混凝土骨料及用于水泥生产、制砖及砌块、烧结炼铁等。不锈钢渣中存在Cr6+溶出风险,限制了其资源化利用。因此,欲将不锈钢渣加以综合利用以取得良好的经济、社会和环境效益,必须解决不锈钢渣中Cr6+的溶出问题。研究含FeO的CaO-SiO2-MgO-Al203-Cr2O3基熔渣中铬尖晶石析出及铬稳定性对不锈钢渣的无害化处理和资源化利用具有重要意义。本文根据冶金热力学原理,结合热力学数据库FactSage7.0对CaO-MgO-SiO2-Al2O3-Cr2O3基体系凝固过程的模拟进行不锈钢渣中铬尖晶石形成的理论基础研究,采用扫描电子显微镜观察微观形貌并用EDS进行微区成分分析、元素的线分布及面分布规律研究,采用XRD进行矿物成分分析,基于IPP图像分析软件统计样品中晶体的粒径,采用标准浸出程序HJ/T299-2007对不锈钢渣做浸出毒性检测以验证铬的稳定性。
  本文首先基于理论分析和FactSage软件模拟研究了FeO调控CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体形成的基本理论,研究结果表明合成不锈钢渣样品中析出的晶体主要包含尖晶石晶体、硅酸二钙、镁硅钙石、黄长石和硅钙石,其中尖晶石晶体为高温析出相。随着FeO添加量的增加,尖晶石晶体的析出量分为高温区和低温区两段;析出量在高温段逐渐降低,而在低温段逐渐增加。而析出温度随着FeO的添加而降低,当FeO添加量由0增加至20wt%时,尖晶石析出温度从1910℃降低至1800℃。尖晶石固溶体主要由MgCr2O4和FeCr204组成。
  在理论分析的基础上,通过在实验室内制备合成渣来研究FeO对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体的析出量、晶粒尺寸、成分等的影响,并且通过毒性浸出实验来探索FeO对含Cr2O3钢渣体系中铬稳定性的调控行为,发现随着FeO添加量的增加,尖晶石析出量有增加的趋势,析出温度逐渐降低;FeO能够有效促进CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系中尖晶石晶体的长大;尖晶石中铁元素的含量增加,钙、硅、镁、铝等元素的含量降低,而基质中铬元素含量降低;FeO添加量的增加有效提高了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中铬元素的稳定性。当FeO添加量从0增加至20wt%时,Cr6+溶出量从0.1434mg/L降低至0.0021mg/L。
  保温时间和冷却速率是凝固过程中的重要影响参数,但对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系中尖晶石晶体析出行为的影响较小。在1350℃~1450℃长时间(≤120min)保温条件下,CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系的矿物相结构保持不变,尖晶石晶体尺寸稍微有所增加,在1350℃、1400℃和1450℃时的增幅分别为17.04%、23.11%和13.91%。冷却速率对尖晶石晶体形成和长大的影响较小。在高温阶段(>1500℃)冷却速率对尖晶石尺寸的影响略强于低温阶段(≤1500℃)。在1580℃时,同冷却速率为12℃/min相比,冷却速率为1℃/min所得的尖晶石晶体的尺寸要增大4.02%;而在1400℃时,同冷却速率为12℃/rmin相比,冷却速率为1℃/min所得的尖晶石晶体的尺寸仅增大0.62%。
  利用合成渣系统研究了FeO和Fe2O3耦合作用对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体析出行为的影响,实验结果表明在CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中,Fe2O3添加量的增加在促进尖晶石晶体析出的同时并有效抑制α-C2S的形成和析出。Fe2O3促进尖晶石晶体析出量的增加和晶体长大。当Fe2O3添加量由2wt%增加至20wt%时,尖晶石晶体的平均尺寸从2.74μm增加至8.10μm。在Fe2O3添加量较低(≤16wt%)时,随着Fe2O3添加量增加,尖晶石晶体尺寸增大速率较大;而当Fe2O3添加量较大(≥16wt%)时,尖晶石晶体尺寸增大速率较低、增幅较小。随着Fe2O3添加量的增加,尖晶石晶体中铬、钙和硅元素的含量逐渐降低,而铁元素的含量逐渐增加。当CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-8wt%FeO体系中Fe2O3添加量由0增加至12wt%时,铬、钙和硅含量分别从21.71at%、3.65at%和3.02at%降至12.79at%、1.39at%和1.15at%,而铁从6.48at%增加至l6.99at%。同FeO或Fe2O3单独作用相比,FeO和Fe2O3耦合作用更有利于促进尖晶石晶体的长大。
  综合炉渣碱度和氧化性对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中尖晶石晶体析出行为的影响,探索了FeO和碱度耦合作用条件下含Cr2O3炉渣中铬尖晶石晶体的长大和化学成分变化规律以及铬稳定性的影响,发现随着炉渣碱度的增大,尖晶石晶体的尺寸减小。当碱度从0.6增加至1.0时,尖晶石晶体的尺寸从12.30μm锐减至6.22μm,降幅高达49.43%。当碱度由1.0增加至2.2时,尖晶石晶体的尺寸由6.22μm降低至4.47μm,趋势比较平缓。碱度的增加对铬的赋存状态产生了重要影响。当碱度不高于1.4时,铬主要以尖晶石晶体存在;当碱度高于1.4时,铬在非尖晶石相中的含量将逐渐增加;在碱度为3.0的样品中,铬主要以铬酸钙盐存在。这对铬在CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3-FeO体系中的稳定性构成了威胁。
[硕士论文] 李天佑
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钙处理工艺能将钢中高熔点Al2O3夹杂物改性为低熔点钙铝酸盐,使夹杂物更容易碰撞长大、上浮去除,从而提高钢液洁净度,然而目前实际生产中钙处理效果并不理想,钙的收得率有待提高。本文以国内某CSP厂生产的Q235钢为研究对象,现场调研并分析了SiCa线处理过程中Q235钢的浸入式水口结瘤物及钢中夹杂物的形貌特征,采用热力学与动力学理论解析了夹杂物的改性效果,利用FLUENT软件模拟了SiCa包芯线喂入1873K钢液后的熔化特征,计算了底吹氩的钢包流场、夹杂物在钢中的运动特征及钙在钢液中的扩散行为,同时解析了钙在钢中的气化行为以及不同尺寸、不同结构、不同钙合金的包芯线对Ca处理效果的影响,提出了吹氩参数与喂线参数的优化方案,主要结论如下:
  (1)分析了水口结瘤堵塞物,研究了夹杂物的演变路线,结果如下:
  Ca处理前后夹杂物以Al2O3→MgO·Al2O3→Al2O3·xCaO(·yMgO)+(CaS)→Al2O3·xCaO(·yMgO)的演变规律变化;水口结瘤物主要为未改性的Al2O3、MgO·Al2O3以及改性不充分的钙铝酸盐组成,钙的改性效果不理想;提高钙的收得率、改善钢液流场特征能提升钙处理效果。
  (2)模拟了包芯线的熔化特征,分析了钙的气化行为,研究了包芯线尺寸/结构的优化方案,结果如下:
  包芯线喂入钢液后迅速升温,钢皮还未完全熔破时,SiCa合金就已经熔化,当钢皮完全熔化时,SiCa合金液体进入钢液。钢皮厚度为0.74mm、内芯半径4.28mm的SiCa线在1873K钢液中的熔化时间为0.94s。
  钙喂入钢液后不会立刻气化,只有当钙的蒸气压大于钢液静压力与大气压之和时,钙才开始气化。钙在钢液中的气化行为属于均相形核,钙遇上钢液中的氩气泡时,钙的气化行为属于异相形核,异相形核更容易发生,导致钙的烧损,优化钙的扩散行为应尽可能的防止钙与氩气泡的接触。
  包芯线的熔化时间与包芯线钢皮厚度、内芯半径大小成正比,设计包芯线尺寸大小,应将单位时间钢水对钙的吸收量作为重要指标进行分析,尺寸不同的包芯线往往能得到相同的Ca处理效果。采用截面不规则形式的包芯线,可望防止径向偏离与喂线断线现象。现场Ca处理过程中,采用纯钙包芯线往往比钙合金形式的包芯线处理效果更好。
  (3)模拟了钢包底吹氩钢液的流场特征与钙在钢液中的扩散行为,提出了喂线参数的优化方案,结果如下:
  钢液随着氩气泡的带动在钢包中做循环流动,其流动特征为一个与氩气泡上升路线相切的大圆环,吹氩流量较大,钢液混匀时间越短,钢液中夹杂物的运动轨迹与钢液的流动曲线高度相似,夹杂物尺寸越大越容易被去除,由于钙与钢液之间的粘度较大,钙喂入钢液后主要在喂线区域扩散,而后上浮。
  SiCa包芯线的喂入速度应控制在3.15~4.72m/s。采用倾斜喂入包芯线的方式进行Ca处理,更有利于防止径向偏离与卷渣现象,SiCa线喂线量在400m~500m、纯钙线喂线量在300~600m之间时,钙的收得率波动不大且较高,成品[Ca]含量也较高。
[硕士论文] 曹意锋
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:在电弧炉炼钢过程中,每吨钢产生约20公斤的粉尘。粉尘的简单堆放会造成严重的环境污染,因此,从源头上减少粉尘的产生具有重要意义,不仅能够减少处理粉尘的成本,还能减少其对环境的污染。电弧炉炼钢的脱碳反应过程产生大量CO气体,气泡在熔池表面破裂使熔体进入到烟气中是粉尘产生的主要方式。本文通过数值模拟和物理模拟相结合的方法研究了气泡在铁液中的行为,通过数学模拟研究了单个气泡和并排双气泡在铁液中的上浮行为;采用HX-7高速摄像机捕捉单个气泡在铁液表面破裂产生飞溅液滴的行为;通过物理模拟的方法研究了工艺因素对粉尘产生量的影响。研究结果表明:
  (1)在数值模拟中,单个气泡的半径越大,平均上升速度也越大,温度对体系的影响不大。单个气泡的吹气量越大,平均上升速度也越大,温度对体系的影响也不大。
  (2)模拟并排双气泡在铁液中上升时,存在一个临界融合间距,两气泡初始间距小于临界间距时,气泡会发生融合,当两气泡初始间距大于临界间距时,两气泡不会融合。
  (3)高速摄像机能够捕捉到几种典型的飞溅液滴:单个飞溅液滴、多个微液滴聚集、也有一些液滴在上升过程中会分裂为多个小颗粒液滴,以及液滴在上升过程中回落至铁液中。
  (4)底吹气量越大,底吹孔直径越大,收集板的高度越低,收集的粉尘量越多。
  (5)石英玻璃收集板上收集到的粉尘颗粒粒径分布不均匀,直径较大的颗粒数量较少,直径较小的颗粒数量较多。
[硕士论文] 杨明磊
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:在连铸生产中,中间包上水口吹氩技术常被使用以防止水口堵塞。本文通过理论分析和水模型的实验研究方法,研究了工艺参数对氩气泡生成、脱离上水口内壁气泡临界直径、上水口内壁氩气泡膜形成和迁移行为的影响、下水口内气泡尺寸及气泡运动行为的影响规律。
  理论分析结果表明,当透气砖内透气孔极小、透气孔分布均匀时,吹氩上水口内壁气膜表现形式为连续气膜;当透气砖内透气孔直径相对较大、气孔数相对较少时,氩气膜的表现形式为气泡链式气膜。随吹氩量和水口壁面切线方向与垂直方向的夹角增大、透气孔直径和有效透气孔数量的减小时,脱离水口内壁的氩气泡临界直径减小,在上水口下部脱离水口内壁气泡的临界直径大。
  水模型试验结果表明,随着吹气量的增加,水口内壁气泡链数量逐渐增多;在上水口下部,由于气泡链的叠加,出现气幕。随着水流量的增加,气泡链重叠部分越多,连续气幕范围越大。随着上水口的位置下移,气泡向下的迁移速度呈减小趋势;而气泡速度随拉坯速度的增大而增大。吹气量一定时,随水流量增加,气泡链离壁面的平均距离逐渐减少;水流量一定时,随着吹气量增加,气泡链离壁面平均距离逐渐增大。
  本研究明确了吹氩上水口中氩气泡的形成行为、迁移行为、分布状态,可为提出水口壁面稳定、连续氩气膜的调控机制,优化水口吹氩及上水口透气性参数,防止中间包水口堵塞提供理论基础。
[硕士论文] 金武涛
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:轴承钢中的钛夹杂是一种有尖锐棱角硬且脆的夹杂物,其棱角极易划伤钢的基体成为裂纹源,对轴承钢的疲劳寿命有极大影响。为提高轴承钢的质量,对轴承钢中钛夹杂进行深入细致的研究,弄清轴承钢中钛夹杂的形成条件及原因,通过有效手段减小钛夹杂的尺寸及数量十分必要。
  通过对钢中元素偏析的计算证明了轴承钢在凝固过程中析出钛夹杂的可能性;通过对轴承钢中钛夹杂的析出、固溶的热力学及长大过程的动力学的理论计算,分析了轴承钢中钛夹杂的析出原因及析出规律;通过高温处理实验研究分析了钢中钛夹杂在加热过程前后及不同高温处理条件下钛夹杂的尺寸的变化,反应了钛夹杂的分解和固溶规律;同时通过光学显微镜检测及电子扫描显微镜观测分析了轴承钢中钛夹杂的形貌及其成分。
  研究结果表明:(1)由于钢中的元素在凝固过程中存在偏析行为,即使将钢中的氮和钛的含量控制在较低水平,钛夹杂仍然会在凝固末端析出。(2)计算表明冷却速率的变化对元素的偏析影响不大但是对钛夹杂的最终尺寸有一定影响。(3)钢中氮含量的增加会使钛夹杂的析出时间提前且钛夹杂的尺寸会变大;钛含量的增加只对钛夹杂的析出时间有影响,但对钛夹杂最终尺寸影响不大。(4)氮和钛含量的增加会使Ti(CxN1-x)夹杂的析出温度下降,氮含量的增加会减小x值。(5)铸坯加热温度和保温时间对钛夹杂的固溶行为有较大影响,适当升高固溶处理的温度,延长保温时间可以减少钢中钛夹杂的数量。
[硕士论文] 罗小燕
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:高牌号无取向硅钢产品性能优越、市场前景广阔,是目前企业生产研发的重点产品。合理控制钢的化学成分,优化精炼工艺,降低钢中大尺寸的夹杂物,或通过热处理工艺来抑制钢中细小析出物的析出,促进析出物的粗化和晶粒长大,是无取向硅钢获得优异的磁性能的基本保证。本论文评价了高铝含量无取向硅钢RH精炼过程的脱硫效果,考察了铸坯热装温度对无取向硅钢中夹杂物及析出物析出行为的影响,通过热力学分析计算了钢中夹杂物的形成条件,分析了无取向硅钢中析出物的析出过程及形成机制,以期为合理控制钢中的夹杂物和析出物的形成条件制定合理的铸坯热处理工艺制度提供参考数据。具体研究结论如下:
  (1)实验用钢RH精炼过程可以在一定程度上脱S。RH精炼过程可将钢中的S含量从精炼开始的0.0027%降至精炼结束后的0.0018%。
  (2)钢中的氧化物夹杂主要是3Al2O3·2SiO2,2MgO·SiO2和硅酸铝镁类复合夹杂物。热力学计算表明,钢中夹杂物的组成与钢中Mg含量及氧化物特征有关。钢中MgS容易与2MgO%SiO2,含MgO多、硫容量大的MgO-Al2O3-SiO2类夹杂或AlN形成复合夹杂物。钢中有极少量CaS以氧化物为核心析出。
  (3)实验用钢中的析出物主要为钢液凝固过程中形成的MgS和AlN,未检测到任何形式的MnS。钢中MgS的存在可以抑制MnS的析出。适当提高精炼渣中的MgO含量,有利于MgS在氧化物表面提前析出,减少钢中细小MnS的析出,从而粗化钢中的微细析出物。
  (4)降低铸坯的热装温度,有利于减少无取向硅钢中小于0.5μm的微细夹杂物的数量。本试验条件下,铸坯的热装温度在700℃时最为合适。试验用无取向硅钢在1000℃以上热装时,铸坯中AlN的析出速度要高于MgS。
  (5)MgS以氧化物为基体或与AlN复合定向析出形成的夹杂尺寸更大,其析出长大方式与MgS及夹杂物基体的晶体结构有关。MgS类复合氧化物夹杂的平均尺寸在1~2μm之间。MgS类复合夹杂中MgS有三种析出方式:包裹在氧化物表面、均匀分布在夹杂物中和以氧化物为基体定向长大。MgS可以单独与氧化物复合,与CaS或AlN共同与氧化物复合,也可以与AlN复合析出。随着热装温度的降低,MgS类复合夹杂中含MgS组分的量升高,夹杂物的平均尺寸增大,但当有CaS在复合夹杂中析出时,会抑制复合夹杂中MgS的析出。
[硕士论文] 吴鸿妙
机械工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:钢铁在经济发展中有重要的地位,转炉炼钢是钢铁生产中的一个重要的环节,直接决定了生产钢铁的质量。对转炉炼钢状态实行在线的准确监测一直都是冶金行业一个有待解决的难题。对转炉炼钢状态实行在线综合监测有利于提高出钢质量、降低生产成本、提高冶炼的自动化并达到节能减排的作用,在冶金过程中具有重要意义。然而因为转炉吹炼过程中的高温、发生的复杂的化学反应、加入原材料的不稳定性、吹炼钢种出钢的严格性、吹炼过程中影响因素多等各方面的原因,导致很难有单一方法可以对转炉炼钢状态全过程有良好的监测效果。转炉全过程状态监测主要对转炉中可能出现的问题进行监测以及对炼钢终点的控制和预测。
  为了对转炉炼钢全过程状态进行有效的监测,本文利用四种监测方法结合,其中氧枪振动和声呐化渣主要监测转炉吹炼过程中因化渣不好而可能出现的影响钢水质量的问题,红外测温和火焰光谱分析主要用于对转炉终点的预测和判定。四种方法相互配合可以对转炉多个因素进行监测,消除单一方法带来的较大误差和影响因素。介绍了采用的四种方法的原理并且设计了针对转炉的监测方案,搭建了红外测温和氧枪振动的监测系统,并对其系统组成、传感器选型、硬件选择、数据采集和通信方式做了详细说明。
  根据监测需要,分析软件需求,设计软件的整体框架,对软件设计过程中使用到的多线程技术、MFC技术和XML技术在实际中的应用进行说明,将软件设计过程模块化,主要分为参数模块、图形显示模块和数据采集处理模块,其中重点为数据采集处理模块,介绍了其中数据处理流程和使用的算法。最后展示了软件运行流程。
  搭建了红外测温实验系统和介绍了氧枪振动系统的界面和模拟状态。对比采集的转炉钢水终点温度和厂方测量的终点温度,说明红外测温的可行性。分析了转炉终点火焰情况对红外测温的影响。
[硕士论文] 张悦波
项目管理 浙江工业大学 2017(学位年度)
摘要:钢铁行业是能源密集型产业,其物质流和能量流对钢铁能耗都有着很大的影响,针对钢铁行业的炼钢-连铸-轧制全流程开展的能流匹配研究对优化钢铁生产流程、节能降耗、减少环境负荷和提高整个生产流程的效率都具有重要的意义。在深入研究钢铁物质流和能量流理论的基础上,主要针对如下内容开展研究:
  (1)建立炼钢-连铸-轧制生产过程工序及全流程的物料平衡模型,并以此为基础建立对应的能量模型。通过对炼钢、连铸、轧制过程的物料流动和能量流动的分析,建立根据物料平衡和能量平衡公式,详细分析工序内部以及工序之间不同类型能量流的相互关系,推导出工序能量流模型,并分析其主要参数对工序能耗及能源效率的影响。
  (2)研究炼钢-连铸-轧制全流程的能流匹配问题。结合钢铁生产过程多维物质流控制理论,以工序输入能量流为研究对象,研究时间因素对输入能量流的影响,进而分析炼钢、连铸、轧制各工序内部、工序之间的能量流匹配情况。
  (3)通过理论分析和实际数据采集,结合物料平衡、能量平衡和工艺设计公式,建立了包括转炉炼钢、精炼、连铸、加热炉、热轧等主要工序的能耗模型,并用X3协同管理软件实现能耗的统计和分析。同时,以基于遗传算法的神经网络为基础,建立能源预测模型,使用MATLAB对能耗数据进行预测和分析。
[博士论文] 蒋澄灿
数字化纺织与装备技术 苏州大学 2017(学位年度)
摘要:双辊连铸连轧工艺是生产金属薄板的前沿技术。原理上,双辊连铸连轧与近年发展起来的薄板坯连铸连轧(Flexible Thin Slab Rolling, FTSR)、紧凑式带钢生产(Compact Strip Production,CSP)和在线带钢生产(Inline Strip Production,ISP)等技术有着较大的区别。课题组在调查研究的基础上,以铅带双辊连铸连轧生产线为课题进行了成功研发,并投放市场。本文以铅带双辊连铸过程的传热和连轧过程的负荷分配控制为研究内容,开展了以下研究工作:
  ⑴针对铅带双辊连铸传热过程的复杂性,通过对双辊连铸生产过程中铸坯凝固传热特性的分析,结合铅带连铸过程结晶区的相关模型,构建了铅带双辊连铸过程凝固传热模型;同时也给出了模型计算的初始条件、边界条件以及物性参数。
  ⑵在构建铅带双辊连铸凝固传热模型的基础上,通过对铅带双辊连铸过程工艺参数(铅液浇铸温度 T、熔池深度 h和铸轧速度 v)对连铸区内温度场和铸轧压力的研究,获得初步的工艺参数。
  ⑶利用研发的铅带双辊连铸机,通过实验研究,探讨了工艺参数对铸坯质量的影响,获得了合理的工艺参数。在此基础上通过对铅带双辊连铸技术与单辊连铸技术生产的产品在电导率、抗腐蚀性能和力学性能等进行了对比实验,结果表明采用双辊连铸技术铸造的铅带材料性能明显优于单辊连铸技术铸造的铅带材料性能。
  ⑷通过对铅带连轧机结构和连轧过程受力状况的分析研究(考虑了轧辊的弹性变形),构建了铅带轧制力模型。为了减少轧制力计算值与实测值的误差,研究构建了铅带轧制力自适应学习模型,包括变形抗力的自适应学习模型和摩擦系数的自适应学习模型,并通过仿真分析对两种模型进行比较研究,验证了铅带轧制力自适应学习模型的准确性和精确性。根据铅带连轧过程中各个机架生产工艺的不同,研究构建了铅带轧制过程的目标函数以及约束条件。
  ⑸针对铅带七辊连轧过程中铅带厚度、压轧比、板形精度、连轧机功率消耗等参数,难以精确建立铅带连轧过程实时负荷分配模型的问题,本文利用无模型自适应迭代学习控制(Model Free Adaptive Iterative Learning Control,MFAILC)方法,结合铅带连轧机自身特点,通过对 MFAILC方法的改进,构建了基于扰动补偿的铅带轧制力负荷分配智能控制(Intelligent Control of Rolling Force Load Distribution of Lead Strip Based on Disturbance Compensation,IC-MFAILCDC)算法。
  ⑹为了验证 IC-MFAILCDC算法的可行性和优越性,对铅带连轧机进行了IC-MFAILCDC算法、PID控制算法和经验控制算法的对比实验,实验通过对三种算法下铅带连轧机各机架的带速、压下率、轧制压力、轧制功率、板形以及产品质量的对比,证明采用IC-MFAILCDC算法的寻优效果都远优于经验控制算法和PID控制算法,使得轧制力分配更加合理,保证了板形控制和铅带质量的最优;同时,本文研究设计的IC-MFAILCDC算法,使系统的功率消耗相对于经验控制算法和PID控制算法分别降低了8%和6%,有效的降低了系统的功率消耗。
  铅带双辊连铸传热模型与连轧过程负荷分配控制课题的研究,不仅对铅带双辊连铸连轧有着较好的理论意义和实际应用价值,而且在纺织工程中填料热粘合工艺无纺布材料、发泡板、橡塑板材等连续化生产都有着较好地应用前景。
[博士论文] 邹阳
材料科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:钢包作为冶金工业必不可少的承接、运输以及精炼钢水的设备,其内衬耐火材料热导率大易于引起钢水降温,同时由于复杂的服役条件导致内衬材料剥落频繁,钢中夹杂物增多,钢材质量受到严重影响。微孔骨料具有大量微细气孔,导热系数小,抗热震性好,被认为有望克服上述问题,然而,其能否成功应用于精炼钢包内衬的关键在于采用微孔骨料制备的浇注料的抗渣性能。
  本文基于骨料微孔化、基质紧密化的思想,以轻量Al2O3-MgO浇注料为研究对象,首先建立了浇注料基质颗粒紧密堆积模型,对基质的粒径分布进行设计,并采用实验对比不同基质粒径分布下轻量Al2O3-MgO浇注料的性能变化;基于感应炉动态抗渣,研究不同显微结构特征的轻量刚玉对浇注料抗渣性能的作用;然后,研究轻量Al2O3-MgO浇注料抵抗不同组分体系、碱度以及气氛条件的熔渣渣蚀行为,通过添加SrO调控三元系Al2O3-CaO-SiO2精炼渣的物化性能,分析SrO对精炼渣渣蚀行为的影响。最后,采用数值模拟方法,建立轻量Al2O3-MgO浇注料的熔渣侵蚀数学模型并进行渣蚀模拟,对相关计算与实验结果进行比较。研究得到如下主要结论:
  (1)对于轻量Al2O3-MgO浇注料,其基质颗粒紧密堆积所对应的q值与普通浇注料有所不同,q值以0.28左右为宜,此时试样具有最佳的综合性能。q值为0.25时,由于试样基质内微粉量较多,烧结时晶界移动快,晶粒较大,抗渣侵蚀性能好,但基质同时发生较大收缩并在部分区域与骨料脱离,对材料的显微结构不利,导致抗渣渗透性能下降。熔渣侵蚀时,具有小孔径、大晶粒的基质能在渣-基质界面处形成致密CA6层,起到延缓熔渣侵蚀的作用。
  (2)动态渣蚀条件下,骨料微结构参数(如晶粒大小dp、球形度as以及显气孔率ε)通过改变骨料与熔渣的接触界面面积以及骨料在渣中溶解的扩散边界层厚度影响骨料在渣中的溶解速率。三者对浇注料抗渣蚀性能的综合影响可以定义为“材料显微结构决定的抗渣溶解侵蚀因子Rm”,且有1/Rm=1-ε/dp1.5·as0.534。骨料显微结构中具有堆叠的大鳞片状晶粒时,其在渣中溶解速率最慢,抗渣侵蚀性最好。
  (3)动态渣蚀条件下,对于不同组份体系的熔渣,热力学因素对于抗渣侵蚀效果起主导作用;其中,Al2O3-CaO-SiO2渣对轻量Al2O3-MgO浇注料的侵蚀导致试样骨料和基质在渣中的直接溶解,侵蚀程度最严重;Al2O3-CaO渣和Al2O3-CaO-SiO2-MgO渣与浇注料接触时在界面分别形成了以CA6和方镁石为主要物相的隔离层,侵蚀变为间接溶解,程度较轻。对于Ca/S1分别为0.42、0.84和1.12的Al2O3-CaO-SiO2渣,Marangoni对流导致的动力学侵蚀相较热力学因素占据主导。其中,Ca/Si=0.84渣由于Marangoni对流侵蚀程度较为显著,同时热力学侵蚀较为明显,总体对浇注料的侵蚀最严重。Ca/Si=1.12渣的Marangoni对流程度与Ca/Si=0.84渣接近,但热力学侵蚀较轻,对浇注料的侵蚀程度略弱;Ca/Si=0.42渣虽然热力学侵蚀较明显,但由于Marangoni对流程度最轻,总体侵蚀最小。
  (4)转炉渣对轻量Al2O3-MgO浇注料的侵蚀行为与环境气氛密切相关,相比P(O2)=0.21atm气氛,P(Ar)=1.0atm气氛下熔渣的侵蚀程度明显减轻,但渗透加剧。气氛影响熔渣中的变价离子如Fe,Mn的价态及存在形式:P(O2)=0.21atm时,Mn和Fe部分以+2和+3价离子(团)的形式存在于熔渣中,部分被渣蚀反应生成的尖晶石固溶。熔渣侵蚀轻量Al2O3-MgO浇注料后生成相主要为MgAl2O4固溶体,MnFe2O4固溶体以及CA6,由于渣中游离Fe,Mn离子大量减少,熔渣粘度上升后渗透能力减弱;P(Ar)=1.0atm时,渣中铁离子被还原成单质Fe导致熔渣液相量减少,对材料的侵蚀减轻,渣蚀反应产物主要为MgAl2O4和CA6。
  (5)适量SrO(SrO/(SrO+CaO)(mol)≤0.32)取代三元系Al2O3-CaO-SiO2精炼渣中的CaO可在基本不影响熔渣粘度的情况下降低其液相线温度。渣中Sr部分取代Ca形成(Ca,Sr)7Mg(SiO4)4,当原料中SrO加入量为SrO/(SrO+CaO)(mol)=0.16、0.32和0.48时,(Ca,Sr)7Mg(SiO4)4相中Sr/Ca原子比分别为0.2、约0.5和约1.0。SrO能加快Al2O3-CaO-SiO2精炼渣与浇注料反应后在界面位置生成(Ca,Sr)Al12O19和Al10.1Mg0.91O17Sr0.92高熔点相的结晶速率,进而起到隔离熔渣进一步侵蚀的作用。
  (6)基于水平集两相流模型,通过耦合热力学数据库,结合自定义UDF模型同步耦合传热、化学反应等过程,建立了完整的熔渣侵蚀轻量Al2O3-MgO浇注料数学模型。采用数值模拟方法计算得到的熔渣侵蚀面积远小于渗透面积,渣蚀反应产物为CA2和CA6,其中CA2主要出现在基质部位,而在骨料处含量极低,CA6则仅仅只存在于被侵蚀的骨料位置。计算得到的各渣蚀产物分布聚集特征与实际条件下同等组份熔渣侵蚀轻量Al2O3-MgO浇注料实验结果基本一致,验证了该模型的正确性。
[硕士论文] 梁艳
材料工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:321不锈钢是Ni-Cr型奥氏体不锈钢,321不锈钢中的钛不但作为稳定化元素存在,提高了其耐晶间腐蚀的能力;而且它在304基础上通过添加钛元素避免了焊接敏化,在敏化温度范围(425~815℃)内服役时具有优异的高温性能,耐氧化和耐蠕变能力,321不锈钢也是热强钢种的一种,该钢种在耐高温方面比316L要好的多。然而,321不锈钢在生产过程中易出现浇注困难、连浇炉数低以及成品表面线磷缺陷等问题,相关研究表明,导致这些问题的原因主要与钢水纯净度、合金成分之间的搭配比、保护渣结构以及炼钢工艺密切相关。迄今为止,酒钢生产的不锈钢主要为304系列,而国内其他主要不锈钢生产厂家已形成了321不锈钢的批量供货能力。因此,为了开拓新产品市场以及提升高端牌号不锈钢的供货能力,基于酒钢现有生产线开发321不锈钢迫在眉睫。
  本文基于酒钢321不锈钢的开发,借助OM、SEM、XRD以及EDS等手段研究了321不锈钢钛稳定化工艺机理、钢水纯净化工艺原理以及TiN积控制原理。
  通过分析结瘤的组织与成分发现,水口结瘤是由于结晶器保护渣吸附钢液中的TiO2夹杂物以及钢液中析出的TiN夹杂物与保护渣发生化学反应所形成的。
  计算结果显示,钢中是否形成氧化钛夹杂物与铝含量有很大关系。1873K下钢液中满足[%Ti]/[%Al]<9.292时,Al在与Ti竞争氧化过程中占优势,能够抑制钛氧化。
  通过冶炼多次深脱氧、夹杂物球化处理的研究和应用、炉渣结构、碱度研究及控制,使酒钢321不锈钢钢水纯净度得到明显的提高,全[O]含量控制在50ppm以下。
  冶炼过程仅通过 TiN浓度积控制成分存在一定的问题,而 N元素含量起着至关重要的作用。因此,LF精炼过程采用不同阶段的吹氩制度和连铸采取全保护浇注控制措施,目前为止,线磷缺陷发生率已经明显降低。
  基于主要合金元素含量的控制原理,结合304不锈钢的炼钢、热冷轧及退火工艺制定出了321不锈钢的炼钢及热冷轧工艺参数,同时进行了321不锈钢的工业化试制。酒钢321不锈钢表面质量、力学性能均良好,说明借鉴304不锈钢的热冷轧工艺流程能够满足321不锈钢的工业化生产。酒钢321不锈钢的屈服强度、延伸率以及硬度值与国内其他主要321不锈钢产品接近。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部