在鋼鐵冶煉過程中,鋼液對耐火材料的沖蝕是耐火材料損毀的重要因素之一。本文采用高溫鋼液吹入氬氣模擬氣液兩相沖蝕實驗,結合水模實驗、數值模擬,研究了氣液兩相流作用下鋼液對鋁鎂系耐火材料的沖蝕行為及其與鋼中夾雜物的關系,并根據沖蝕機理分析,建立了沖蝕數學模型,為提高耐火材料壽命與鋼質量提供指導。論文研究主要得到如下結論:(1)鋼液對鋁鎂系耐火材料沖蝕速率可表示為沖蝕系數及耐火材料高溫抗剪切強度有關的函數式。結合高溫鋼液沖蝕實驗、水模實驗與數模計算,采用量綱分析方法得到了耐火材料沖蝕模型的函數表達式。(2)對剛玉質、鋁鎂質以及鎂質耐火材料進行高溫鋼液沖蝕實驗,發(fā)現鋼液對耐火材料的沖蝕從基質部位開始,當鋼液壁面剪切力大于材料的臨界抗剪切強度時,基質被沖蝕掉,基質內部形成孔洞,鋼液沿著孔洞或裂縫向內部滲透;當鋼液逐漸沖蝕掉骨料周圍的基質,使骨料裸露在鋼液中時,骨料剝落。耐火材料沖蝕速率隨著沖蝕時間呈現出先增大后減小的趨勢,鋁鎂質耐火材料抗沖蝕性優(yōu)于剛玉質耐火材料與鎂質耐火材料。(3)鋼中夾雜物的數量隨沖蝕時間逐漸增加,部分小的夾雜物會聚集長大;不同耐火材料受鋼液沖蝕后剝落進入鋼液中會以不同組成的物相存在于鋼液中,對鋼質量產生不利影響。(4)氣泡運動使鋼液在耐火材料試樣表面附近形成氣液混合湍流流動,與吹氬中間包中耐火材料表面附近的湍流流動相似,該試驗方法可用于模擬實際鋼液流動對耐火材料的沖刷磨損。隨著吹氣量的增加,鋼液流動速度逐漸增加,湍流流動加劇,鋼液具有較大的速度和湍動能,在耐火材料表面產生較大的剪切力。根據數值模擬計算結果,并結合鋼液沖蝕實驗,獲得了鋼液對鋁鎂系耐火材料沖蝕的關聯式。
【學位單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ175.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
前言
第1章 緒論
    1.1 耐火材料與鋼質量的關系
        1.1.1 耐火材料在煉鋼中的作用
        1.1.2 耐火材料損毀及對鋼質量的影響
    1.2 沖蝕研究進展
        1.2.1 沖蝕過程及研究方法
        1.2.2 耐火材料沖蝕研究
    1.3 耐火材料對鋼液質量的影響
        1.3.1 鋼中夾雜物分類方法及來源
        1.3.2 耐火材料對鋼中夾雜物的作用研究
    1.4 本文研究內容及研究方法
第2章 耐火材料沖蝕機理與沖蝕模型
    2.1 沖蝕機理分析
        2.1.1 耐火材料沖蝕類型
        2.1.2 沖蝕機理分析
    2.2 沖蝕模型推導
    2.3 本章小結
第3章 耐火材料沖蝕實驗及對鋼質量的影響
    3.1 實驗
        3.1.1 實驗設備與裝置
        3.1.2 試樣制備與檢測方法
        3.1.3 實驗過程
        3.1.4 沖蝕與鋼質量表征方法
    3.2 鋼液對耐火材料的沖蝕
        3.2.1 耐火材料沖蝕前后物相分析
        3.2.2 吹氣量對剛玉質耐火材料的沖蝕
        3.2.3 不同材質耐火澆注料的沖蝕
    3.3 耐火材料沖蝕對鋼質量的影響
    3.4 本章小結
第4章 耐火材料沖蝕數理模擬
    4.1 水模實驗
        4.1.1 水模實驗參數選擇
        4.1.2 模型設計
        4.1.3 實驗裝置
        4.1.4 實驗過程
    4.2 數值模擬
        4.2.1 數學模型
        4.2.2 邊界條件
        4.2.3 幾何模型與網格劃分
    4.3 結果與分析
        4.3.1 模型驗證
        4.3.2 沖蝕實驗中鋼液流場
    4.4 鋁鎂系耐火材料沖蝕模型
    4.5 本章小結
第5章 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文

【參考文獻】

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本文編號：2873192