本文選題：煉鋼 + 精煉　； 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：氣泡去除夾雜物是有效促進(jìn)鋼液中夾雜物去除的精煉手段之一。在鋼液中生成大量彌散微小氣泡是氣泡精煉的關(guān)鍵所在。本文研究的微小氣泡去除夾雜物是一種去除鋼液中顯微夾雜物的新技術(shù),其技術(shù)原理是前期將鋼液置于氮氣或氫氣分壓較高的環(huán)境中,使鋼液中氮或氫含量顯著增加,后期通過迅速減壓,過飽和溶解氣體以夾雜物為核心生成大量彌散微小氣泡,最后氣泡攜帶夾雜物上浮,并在上浮過程中不斷捕捉細(xì)小夾雜物,顯著地促進(jìn)鋼液中顯微夾雜物去除。目前關(guān)于此技術(shù)的理論基礎(chǔ)研究報道稀缺。鑒于此情況,本文主要研究了五個方面：(1)鋼液中氣泡形核熱力學(xué)：(2)鋼液中氣泡析出過程機理；(3)鋼液中氣泡生長動力學(xué)；(4)析氮過程鋼液中氣泡分布規(guī)律：(5)增氮析氮過程不同工藝因素對鋼中顯微夾雜物的影響。通過以上這些研究,得到了以下結(jié)論。(1)基于經(jīng)典凝固形核理論,研究了鋼液/(N_2、H_2)過飽和體系中氣泡形核機理。分別推導(dǎo)氣泡均相和異相形核臨界半徑表達(dá)式,并分析了鋼液深度、前期增氮/氫和后期真空處理壓力等因素對氣泡形核臨界半徑的影響。結(jié)果表明氣泡均相和異相形核具有相同的形核臨界半徑表達(dá)式,但異相形核氣泡體積為均相形核球體的一部分,氣泡更易于在與鋼液潤濕性較差的夾雜物表面異相形核：鋼液深度越大,氣泡形核臨界半徑越大,隨著鋼液深度的增加影響逐漸加強；前期增氮/氫壓力越高,氣泡自發(fā)形核及形成不同尺寸氣泡核的臨界鋼液深度越大；后期真空處理壓力對氣泡自發(fā)形核及形成不同尺寸氣泡核的臨界鋼液深度影響較小。(2)采用水模型實驗研究了鋼液/(N_2、H_2)過飽和體系中氣泡析出過程機理。結(jié)果表明后期真空減壓處理過程中,單個或聚集成團的夾雜物可為過飽和溶解氣體析出形成氣泡提供異相形核核心；氣泡在夾雜物表面迅速析出長大,而且長大過程中始終保持球狀。(3)采用水/CO_2體系模擬研究鋼液/(N_2、H_2)過飽和體系中氣泡生長動力學(xué)行為。結(jié)果表明采用微小氣泡去除夾雜物技術(shù)時,前期增氮/氫壓力的增加對氣泡生長有顯著促進(jìn)作用：后期真空處理壓力的增加對氣泡生長有阻礙作用,且隨著后期真空處理壓力的增加影響逐漸加強；鋼液深度的增加對氣泡生長有阻礙作用,且隨著鋼液深度的增加影響逐漸減弱：相比氮氣,鋼液中氫氣氣泡析出長大更快。(4)析氮過程鋼液中氣泡分布實驗結(jié)果表明,增氮鋼液經(jīng)析氮及急冷處理后距離鋼錠上表面不同位置處橫截面均有氣泡產(chǎn)生,氣泡粘附的夾雜物主要為單個棱角狀的純Al_20_3,尺寸約為10-20μm；靠近鋼錠上表面附近處金屬致密度最小,其他位置處金屬致密度相差較�。弘S著距鋼錠上表面距離的增加,氣泡平均尺寸減小,氣泡數(shù)量增加。(5)增氮析氮過程鋼中顯微夾雜物去除實驗結(jié)果表明,鋼液經(jīng)增氮析氮處理后鋼中全氧和顯微非金屬夾雜物去除效果顯著；真空處理時間越長,鋼中全氧和顯微非金屬夾雜物數(shù)量越低,尤其當(dāng)充氮壓力為0.5x10~5 Pa以及真空處理時間為30 mmin時鋼中全氧去除率達(dá)到了81.6%,由析氮前38x10~(-6)降至7×10~(-6)。
[Abstract]:A new technique for removing inclusions in molten steel by bubble removal is one of the key techniques to remove inclusions in molten steel . It is a new technique to remove micro - inclusions in molten steel .
( 3 ) the bubble growth kinetics in molten steel ;
( 4 ) The distribution law of bubbles in molten steel is analyzed : ( 5 ) The influence of different technological factors on the microscopic inclusions in steel is obtained .
The higher the nitrogen / hydrogen pressure in the early stage , the greater the bubble spontaneous nucleation and the critical steel liquid depth forming the bubble nuclei of different sizes ;
( 2 ) The mechanism of bubble separation in the supersaturated system of molten steel / ( N _ 2 , H _ 2 ) was studied by using water model experiment .
The results show that the increase of nitrogen / hydrogen pressure in the early stage plays an important role in the growth of the bubble , and the influence of the increase of the vacuum processing pressure is gradually strengthened with the increase of the vacuum processing pressure in the late stage .
The increase of the depth of molten steel has an obstacle to the growth of the bubble , and decreases with the increase of the depth of molten steel . Compared with the nitrogen , the evolution of hydrogen bubbles in the molten steel is faster . ( 4 ) The experimental results of the bubble distribution in the steel liquid during the nitrogen evolution process show that the gas bubbles are generated at different positions on the upper surface of the steel ingot after the nitrogen evolution and the quenching treatment , and the inclusion of the bubbles is mainly a single angular pure Al _ 20 _ 3 , and the size is about 10 - 20渭m ;
The metal density of steel near the upper surface of steel ingot is the least , the difference of metal density in other positions is small : with the increase of the distance from the upper surface of the ingot , the average size of the bubble decreases and the number of bubbles increases .
The longer the vacuum treatment time , the lower the total oxygen content and the non - metallic inclusions in the steel , especially when the nitrogen filling pressure is 0.5 脳 10 ~ 5 Pa and the vacuum treatment time is 30 mmin , the total oxygen removal rate in the steel reaches 81.6 % , which is reduced to 7 脳 10 ~ ( -6 ) by the nitrogen evolution .
【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】：TF703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1982547