本文關(guān)鍵詞：連鑄中間包內(nèi)夾雜物碰撞長大和去除的研究

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【摘要】：鋼的潔凈度對鋼的性能有直接影響。影響鋼潔凈度因素之一為鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸、成分和形貌。夾雜物的形核、長大和去除與鋼液的流動、夾雜物顆粒間的碰撞密切相關(guān)。關(guān)于鋼中夾雜物顆粒間的碰撞長大和去除過程的研究,已有很多報(bào)道,但下列幾點(diǎn)還沒有系統(tǒng)研究：1)三維宏觀流動和不同尺寸夾雜物之間碰撞的完全耦合;2)關(guān)于在鋼渣界面處夾雜物的去除過程,還沒有建立起和三維流動直接結(jié)合的去除理論;3)已有研究中均忽略了夾雜物成分對夾雜物碰撞和在鋼渣界面去除的影響。本文系統(tǒng)闡述了鋼中夾雜物碰撞長大的理論、上浮去除、耐火材料表面吸附,并介紹了各自相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和求解方法。針對兩流連鑄中間包開發(fā)了數(shù)學(xué)模型預(yù)測鋼中夾雜物瞬態(tài)濃度變化和尺寸分布,并且基于ASPEX檢測分析結(jié)果對模型給予驗(yàn)證。討論確定夾雜物顆粒間碰撞主要方式為Stokes碰撞和湍流碰撞。通過考慮鋼液湍流脈動速度、夾雜物在鋼渣界面處的潤濕性、界面張力、夾雜物密度和尺寸等,建立了鋼渣界面處夾雜物去除模型。通過Hamaker常數(shù)考慮夾雜物成分對其碰撞過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)：12CaO·7Al2O3、MgO·Al2O3、Al2O3和SiO2四類夾雜物凝聚系數(shù)大小關(guān)系為：αSiO2αAl2O3α12CaO7Al2O3αMgO·Al2O3。研究發(fā)現(xiàn),在整個(gè)中間包澆注過程中,夾雜物顆粒間碰撞長大和去除過程一直處于非穩(wěn)態(tài),達(dá)到平衡所需時(shí)間為2440 s,而中間包平均停留時(shí)間僅為625s,這說明在每一爐的澆注期間,中間包不可能處于穩(wěn)態(tài)；夾雜物去除率為16.3%,隨著碰撞過程的進(jìn)行,小尺寸夾雜物顆粒逐漸碰撞生成大尺寸夾雜物,前者對總的夾雜物質(zhì)量或體積貢獻(xiàn)降低,后者貢獻(xiàn)逐漸提高；由于A1203和Si02夾雜物在鋼渣界面處潤濕性較差,易于從鋼渣界面處去除,對應(yīng)去除率分別為39.2%、36.5%,而液態(tài)12CaO·7Al2O3的夾雜物去除率僅為26.6%。針對當(dāng)前連鑄中間包內(nèi)鋼液停留時(shí)間短(625 s)、死區(qū)體積所占比例較大(20.3%)等缺點(diǎn),進(jìn)行擴(kuò)容優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后連鑄中間包內(nèi)鋼液的平均停留時(shí)間延長3.5 min,死區(qū)體積所占比例較優(yōu)化前減小比例為15.3%,夾雜物去除率較優(yōu)化前提高比例為16.5%。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF777

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本文編號：1295630