本論文研究了鋼液中與非金屬夾雜物相關(guān)的幾個界面現(xiàn)象,包括夾雜物與夾雜物之間界面現(xiàn)象、夾雜物在鋼-渣界面的行為、夾雜物與氣泡之間的界面現(xiàn)象,并研究了這些界面現(xiàn)象影響下的夾雜物在吹氬鋼水中的運動和去除。夾雜物與夾雜物之間界面現(xiàn)象:通過分析夾雜物粒子間空腔的自由能研究了鋼水中固體夾雜物粒子的聚合過程。討論了夾雜物粒子聚合機(jī)理,以及空腔形成過程的活化態(tài)、穩(wěn)定態(tài)、平衡態(tài)和臨界聚合距離等。結(jié)果表明:平衡能與夾雜物粒子半徑的平方成正比而臨界距離距離與夾雜物粒子半徑成正比;在煉鋼生產(chǎn)實踐中,湍流不能將微米尺寸的夾雜物聚合物破碎。夾雜物在鋼-渣界面的行為:通過理論分析研究了固體夾雜物粒子在鋼-渣界面分離的過程,提出了分別在受力控制和位移控制下的分離條件,考慮了夾雜物粒子周圍的彎液面,計算推導(dǎo)了分離功和臨界速度的解析表達(dá)式。通過與局部流場相耦合,建立了分離概率與時均速度和湍動能的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果表明,夾雜物粒子在鋼-渣界面處的三相接觸角應(yīng)盡可能大,以獲得最有利夾雜物去除條件;大尺寸夾雜物粒子比小尺寸夾雜物粒子更容易從鋼-渣界面分離。夾雜物與氣泡之間的界面現(xiàn)象:采用數(shù)值模擬研究了湍流條件下氣泡浮選去除夾雜物過... 

【文章頁數(shù)】：198 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 鋼中非金屬夾雜物
        2.1.1 夾雜物的形核
        2.1.2 夾雜物的碰撞
        2.1.3 夾雜物之間的聚合
        2.1.4 夾雜物在鋼-渣界面行為
        2.1.5 氣泡浮選去除夾雜物
    2.2 鋼包吹氬精煉過程的模擬研究
        2.2.1 鋼包吹氬精煉過程中的流體力學(xué)基礎(chǔ)
        2.2.2 鋼包吹氬精煉過程流場與混勻現(xiàn)象的模擬
        2.2.3 鋼包精煉過程溫度場的模擬
        2.2.4 鋼包吹氬精煉過程夾雜物去除的模擬
    2.3 選題意義及研究路線
3 夾雜物與夾雜物之間的界面現(xiàn)象——夾雜物聚合模型
    3.1 彎液面與夾雜物粒子相切的簡化夾雜物聚合模型
        3.1.1 幾何關(guān)系的建立
        3.1.2 能量變化分析
        3.1.3 活化態(tài)、穩(wěn)定態(tài)與平衡態(tài)
        3.1.4 臨界聚合間距
    3.2 考慮夾雜物粒子與鋼液間接觸角的夾雜物聚合模型
        3.2.1 幾何關(guān)系的建立
        3.2.2 能量變化分析
        3.2.3 活化態(tài)與穩(wěn)定態(tài)
        3.2.4 平衡態(tài)
        3.2.5 臨界聚合間距
        3.2.6 固體夾雜物粒子聚合機(jī)理
        3.2.7 模型驗證
        3.2.8 壓力差的影響
        3.2.9 與范德華力的對比
        3.2.10 鋼液湍流的影響
    3.3 小結(jié)
4 夾雜物在鋼-渣界面處的界面現(xiàn)象——夾雜物在鋼-渣界面分離模型
    4.1 固體夾雜物在鋼-渣界面的分離條件
    4.2 分離功與臨界分離速度
    4.3 固體夾雜物在鋼-渣界面的分離條件
    4.4 影響因素研究
        4.4.1 三相接觸角
        4.4.2 夾雜物粒子尺寸
    4.5 小結(jié)
5 夾雜物與氣泡之間的界面現(xiàn)象——氣泡浮選去除夾雜物模型
    5.1 氣泡形貌與上浮速度
    5.2 氣泡周圍的流場
        5.2.1 模型建立
        5.2.2 模型驗證
        5.2.3 球形氣泡周圍的流場
        5.2.4 橢球形氣泡周圍的流場
        5.2.5 球冠狀氣泡周圍的流場
    5.3 氣泡與夾雜物間的相互作用
    5.4 湍流條件下氣泡浮選去除夾雜物的數(shù)學(xué)模型
        5.4.1 球形氣泡
        5.4.2 橢球形氣泡
        5.4.3 球冠狀氣泡
        5.4.4 湍流的影響
    5.5 氣泡捕獲夾雜物概率模型的開發(fā)
    5.6 小結(jié)
6 吹氬條件下鋼水流動的數(shù)值模擬
    6.1 數(shù)學(xué)模型
    6.2 計算過程與邊界條件
    6.3 模型驗證
    6.4 計算結(jié)果
    6.5 影響因素研究
        6.5.1 吹氬流量對吹氬鋼包內(nèi)流場和氣泡運動的影響
        6.5.2 吹氬位置對鋼包吹氬流場和氣泡運動的影響
        6.5.3 雙孔分布角度對鋼包吹氬流場和氣泡運動的影響
    6.6 小結(jié)
7 吹氬鋼包內(nèi)合金熔化和鋼水混勻現(xiàn)象的模擬仿真
    7.1 數(shù)學(xué)模型
    7.2 計算過程和邊界條件
    7.3 計算結(jié)果
    7.4 影響因素研究
        7.4.1 鋼液溫度和合金尺寸對合金熔化的影響
        7.4.2 吹氬流量對合金混勻的影響
        7.4.3 吹氬位置對合金混勻的影響
        7.4.4 雙孔分布角度對合金混勻的影響
    7.5 小結(jié)
8 吹氬鋼包內(nèi)夾雜物去除的數(shù)值模擬
    8.1 數(shù)學(xué)模型
    8.2 計算過程和邊界條件
    8.3 僅考慮氣泡浮選去除夾雜物
    8.4 僅考慮精煉渣吸附去除夾雜物
    8.5 同時考慮氣泡浮選和精煉渣吸附去除夾雜物
    8.6 小結(jié)
9 結(jié)論
    9.1 結(jié)論
    9.2 創(chuàng)新點
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋼包底吹氬去除鋼中夾雜物的數(shù)值模擬[J]. 巨建濤,王睿,折媛,趙福才.  過程工程學(xué)報. 2015(01)
[2]底吹氬鋼包內(nèi)鋼液流動與合金擴(kuò)散的數(shù)值模擬[J]. 任英,張立峰,李燕龍,余樂,李剛,李軍濤.  鋼鐵研究學(xué)報. 2014(07)
[3]鋼中非金屬夾雜物的相關(guān)基礎(chǔ)研究（Ι）——非穩(wěn)態(tài)澆鑄中的大顆粒夾雜物及夾雜物的形核、長大、運動、去除和捕捉[J]. 張立峰,李燕龍,任英.  鋼鐵. 2013(11)
[4]底吹鋼包三相流的數(shù)值模擬[J]. 張江山,李京社,楊靜波,劉宏偉,佟志新.  過程工程學(xué)報. 2012(06)
[5]鋼包底吹氬過程夾雜物去除數(shù)值模擬研究[J]. 郭永謙,李京社,黃婷.  河南冶金. 2012(06)
[6]70t鋼包單吹氬流場數(shù)值模擬[J]. 王寧峰,李曉紅,賈紅光.  機(jī)械工程師. 2012(10)
[7]鋼液中夾雜物形核熱力學(xué)的尺寸效應(yīng)及臨界晶核尺寸計算[J]. 王國承,張立峰.  鋼鐵. 2012(06)
[8]精煉時利用小氣泡攪拌去除鋼液中的氫和夾雜物[J]. 趙晶晶,程樹森.  特殊鋼. 2010(02)
[9]鋼包底吹氬方式對LF精煉的影響[J]. 馮聚和,李博斌,魏國增,安志,李學(xué)民,賈雅楠.  北京科技大學(xué)學(xué)報. 2009(S1)
[10]鋼包底吹氬卷渣臨界條件的水模型研究[J]. 艾新港,包燕平,吳華杰,馬鑫.  特殊鋼. 2009(02)



本文編號：3685742