50CrVA弹簧钢夹杂物特性研究

采用全流程多级取样的方法,对国内某钢厂BOF-LF-CC工艺生产的50CrVA弹簧钢中夹杂物特性的演变规律进行系统分析和研究。实验结果表明:随着精炼和连铸过程的进行,钢中的夹杂物种类逐渐由SiO2-Al2O3-MnO-TiO2夹杂物转变为CaO-Al2O3-MgO和CaO-A l2O3-SiO2夹杂物。最终铸坯夹杂物中的Al2O3组元含量约为70%～75%,而Ca O含量仅为5%～10%。夹杂物熔点较高,改性不充分。建议在生产中,强化钙处理或提高炉渣碱度来实现夹杂物的低熔点化,降低其危害。     

方坯连铸机内不同形貌夹杂物的去除行为

采用数值模拟方法研究小方坯连铸结晶器的三维流场和夹杂物运动轨迹,探讨了粒子形状对夹杂物去除率的影响.结果表明:相同形状夹杂物,随着粒径的增大,夹杂物的去除率随之增大;相同粒径的夹杂物,形状因子越小的夹杂物的去除率越高;对于5 μm以下尺寸的夹杂物,夹杂物的形状和尺寸对夹杂物运动行为的影响可以忽略.     

Ca处理对55SiMnMo夹杂物行为变化的研究

研究了Consteel电弧炉-LF-VD-连铸工艺生产55SiMnMo时钙处理对钢中夹杂物行为变化的影响,对显微夹杂物、夹杂物成分变化及大型夹杂物进行分析。结果表明,喂钙线后2 min时钙处理并未反应完全,VD结束后夹杂物钙处理变性效果明显且钙主要与夹杂物表面反应。对Mg-Al-Ca类夹杂物成分分析得出,钙线的加入使钢中夹杂物Ca含量明显增加,(Al2O3)由VD入位80%～90%降低至中间包中的40%～60%,(Mg)最终降低至10%以下。钙处理对大型夹杂物影响较小。     

CO_2保护浇注对45号钢钢水洁净度的影响研究

针对连铸过程中二次氧化的问题,某厂分别采用Ar和CO2保护浸入式水口,对比分析钢中洁净度水平,试验表明:在两种保护浇注条件下,钢中夹杂物去除情况较好,钢中夹杂物的面积百分比保持在10-5级别,保护浇注后为(4~5)×10-5,夹杂物粒径集中在1~5μm;夹杂物和大型夹杂物的类型及组成不变,采用CO2代替Ar进行保护浇注不会影响钢液洁净度,并且大型夹杂物平均质量减少可达16.6%。     

60Si_2Mn-Cr弹簧钢中夹杂物演变行为分析

针对某钢厂60Si_2Mn-Cr弹簧钢的生产工艺,取不同工位处的钢样,研究夹杂物的转变效果。实验表明:微铝工艺生产钢中的夹杂物逐渐转变为Al_2O_3-SiO_2-CaO-MgO复合氧化物夹杂,形状逐渐趋于球状夹杂物尺寸逐渐减小,最终铸坯中夹杂物的平均尺寸为4.6μm。通过热力学计算,得到了不同工位下夹杂物的SiO_2+CaO-MgO-MnO+Al_2O_3相图,在中间包和铸坯中的夹杂物大多数处于1500-1 600℃温度下的液相区,减小高硬度夹杂物的危害,提高了弹簧钢的质量。     

板坯连铸机内钢液流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法研究了板坯连铸机内钢液流动和夹杂物传输行为。数值结果表明，由于夹杂物的上浮速度远小于钢液流速，因此钢水的流动直接影响着结晶器内夹杂物分布。夹杂物具有与钢液流场相似的上下两个回流区的结构；在液面处，大粒径夹杂物的浓度较大；在窄面处，小粒径夹杂物的浓度较大。     

电弧炉流程20CrMnTi齿轮钢洁净度研究

采用气体分析法、化学分析法、扫描电镜、大样电解等方法,对20CrMnTi生产过程的中非金属夹杂物进行了研究.结果表明：LF炉渣黏度高时使得炉渣结壳,钢水易造成氧化,同时VD到中间包的过程钢液的二次氧化严重;精炼过程显微夹杂物主要为钙铝酸盐、硅铝酸盐复合夹杂及氧化产物,硫化物较少;大样电解结果显示连铸坯中大型夹杂物含有较多的TiO2和K2O,是钢液的二次氧化和卷入的结晶器保护渣所致;连铸坯中心弧线大型夹杂总量高,大型夹杂物平均总量为1.592mg/10kg.     

稀土处理对含铝中锰钢中夹杂物的调控机理

铝脱氧中锰钢精炼过程中易形成尖晶石类夹杂物,这类硬质夹杂物会恶化中锰钢的疲劳性能,易导致钢材功能失效引发事故。采用稀土Ce处理对中锰钢中尖晶石类硬质夹杂物进行改质处理。为了阐明夹杂物的改质机理,开展了高温模拟实验。实验结果表明,Ce处理后,尖晶石夹杂物转变为稀土夹杂物,且随着TO含量的降低,稀土夹杂物类型为CeAlO₃→CeAlO₃+Ce₂O₂S→Ce₂O₂S。铈对尖晶石夹杂物的变质机理为：铈添加到钢中后,尖晶石夹杂物中镁和铝不断被铈替代(含锰尖晶石夹杂物中锰优先被置换),尖晶石结构遭到破坏,从而形成CeAlO₃。当钢中氧含量低,相对硫含量较高时,钢中硫将参与置换反应,置换出夹杂物中的氧,因此尖晶石夹杂物和CeAlO₃夹杂物最终转变为Ce₂O₂S。最后通过热力学模型计算得出,将钢中尖晶石夹杂物完全改质为稀土夹杂物的最低铈含量与钢中氧含量呈线性关系,当钢中铈质量分数为氧质...     

两流非对称中间包内夹杂物行为

针对非对称两流中间包的生产实际,采用水模型实验、数值模拟相结合的方法分析了原中间包和优化后中间包在钢流流场、中间包流动特性、夹杂物运动轨迹方面的差异,并通过工业实验证实了优化方案的可行性。研究结果表明,非对称长方形湍流控制器能有效地减少两流之间钢液流动特性的差异,将2#出口的平均停留时间由194.4 s增加到206.4 s,优化后中间包2#出口的连铸坯80~200μm之间夹杂物降低为原中间包的15.4%。     

82B钢中氧化物系夹杂物的控制研究

82B钢中氧化物系夹杂物的来源主要是脱氧产物和钢的二次氧化、卷渣及耐火材料内衬侵蚀。采取在转炉控制终点碳,采用LF全程脱氧、改变精炼渣精炼和扩散脱氧、氩气搅拌,在连铸实施全程密封、强化中间包冶金等措施,使82B钢中的全氧最低降到13×10 6,94.09%的夹杂物尺寸<5 m,满足了拔丝要求。作为夹杂物控制技术,降低总量的方法比控制形态更为简单实用,系统地在每个工艺步骤都采取有效措施,才能取得良好效果。     

150 mm×150 mm断面小方坯结晶器电磁搅拌磁场与流场耦合的数值模拟研究

以国内某厂150 mm×150 mm断面小方坯结晶器电磁搅拌器为研究对象,建立了描述小方坯结晶器电磁搅拌过程的电磁场与流场耦合的三维数学模型,并采用有限元软件进行求解。研究了电磁搅拌电流和频率对结晶器内钢液流动的影响规律。研究结果表明:随搅拌电流的增大,钢液的切向流速增加,上部环流区缩短,下部旋转流动区域上移并扩大,搅拌电流和频率对钢液流动的影响相反;在电磁搅拌过程中,电磁搅拌使结晶器内钢液产生旋转流动阻止过热钢液下移,减弱冲击深度,使热区明显的上移。     

圆坯结晶器内钢液流场的数值模拟

电磁搅拌特性直接影响着结晶器内钢液流动行为。基于包含电磁力的Navier-Stokes方程,采用数值方法研究了电磁搅拌作用下的钢液流场。数值结果表明:电磁搅拌下圆坯结晶器内钢液所受电磁力呈轴对称分布,其值从圆坯边缘到中心逐渐递减,施加电磁搅拌后,钢液的冲击深度减少,结晶器液面流速增加。     

高氮钢电渣重熔夹杂物控制研究

对高氮钢电渣重熔前后夹杂物进行对比研究,分析不同渣系和自耗电极氧含量对重熔后夹杂物的影响。研究发现,不同渣系对电渣钢的洁净度影响很大,适当提高w(Ca O)/w(Al2O3)可有效降低电渣锭中的夹杂物和全氧量。对高氮钢电渣重熔的脱硫进行研究,分析了不同渣系和熔炼速率对高氮钢脱硫率的影响,实验结果表明:电渣重熔后,硫化物夹杂的平均直径和单位面积数量大大减少,夹杂物的主要类型为Mn S+Al2O3复合型夹杂物,同时适度提高渣中Ca O含量实现提高硫分配比是提高脱硫效率的有效手段。脱硫动力学推导中发现重熔速率越低,脱硫效果越明显,但实验发现脱硫率随重熔速率的降低呈现先降低后升高的趋势,其原因在于渣池中发生硫化物富集,导致"回硫"现象发生。     

中间包两相流场的数值模拟和操作优化

为了提高20#碳钢连铸管坯的产品质量，通过对气泡和非金属夹渣的形成机理以及对中间包内钢水流场数值模拟的研究分析，发现中间包的结构与操作对20#钢连铸坯的生产质量具有较大影响，因此，对中间包的结构与操作进行了优化研究，研究结果显示：(1)通过对中间包的结构优化提高了中间包的钢水液面高度，增加了钢水在中间包内的滞留时间，有利于夹杂物和气泡的消除，从而提高了钢水的均匀性；(2)改进钢水流入、流出中间包的操作，能避免钢流与空气的直接接触，减少钢水的二次氧化；(3)连铸钢水过热度的严格控制，有利于减少钢水的二次氧化和对包衬耐火材料的浸蚀，从而起到降低铸坯中非金属夹渣物的效果。采取这些措施后，2#钢连铸坯的质量取得了显著提高，设备寿命明显延长。     

X70管线钢洁净度控制研究

针对某钢厂中厚板卷厂采用铁水倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→出钢脱氧合金化→LF精炼炉→RH真空炉→钙处理→连铸生产X70管线钢生产工艺,采取系统取样分析,对P、S等杂质元素,N、H、O等气体的脱除规律以及夹杂物的控制规律进行了研究。研究表明,成品成分可以稳定控制水平为:w([P])≤0.004 5%,w([S])≤0.001 00%,w([O])≤0.000 85%,w([N])≤0.003 00%,w([H])≤0.000 15%,夹杂物以小于10μm的CaO-CaS为主,且单位面积总夹杂物数量小于12个/mm~2,成品钢具有很高的洁净度水平。     

冷却速率对钢中MnS+Al_2O_3复合夹杂物包裹率的影响研究

通过实验室试验研究钢中MnS+Al_2O_3复合夹杂物的生成以及不同冷却速率对MnS+Al_2O_3复合夹杂物包裹率的影响。结果表明:被推动到钢液凝固前沿的Al_2O_3,会为MnS析出提供异质形核质点;随着冷却速率的增加,复合夹杂物的尺寸从4μm降至2.5μm左右,MnS+Al_2O_3复合夹杂物包裹率逐渐降低。本次试验研究为得到较优包裹程度的实验条件以及进一步改善钢材性能提供一定的理论分析。     

电解提取风电齿轮钢夹杂物研究

采用小样电解法对风电齿轮钢18CrNiMo7-6中的夹杂物进行了系统的分析检测,通过对齿轮钢中夹杂物的电解、提取、分离,较为完整地将钢中的夹杂物电解并收集,借助SEM-EDS对所收集的夹杂物进行了定性分析。结果表明:通过小样电解法可以较为完整地得到风电齿轮钢18CrNiMo7-6中夹杂物的三维形貌;Al2O3、Al2O3-SiO2类夹杂物多呈不规则多边形状,平均尺寸分别为29.7μm、15.81μm,A l2O3-MgO-CaO-SiO2复合类夹杂物通常为包裹形态的球状,平均尺寸为13.1μm,Ca O类夹杂物通常呈块状,平均尺寸为11.7μm,MnS类夹杂物形貌多呈长条状或纺锤状,平均尺寸为18.8μm,Ca S类夹杂物通常呈规则长条状,平均尺寸为9.2μm;与传统金相法相比,小样电解法在观察钢中夹杂物真实的三维形貌和尺寸时是更为行之有效的方法。     

45#钢连铸坯凝固过程数值模拟与验证

根据实际生产的工艺参数,通过ProCAST商业软件对45#钢连铸坯的坯壳厚度以及凝固过程进行数值模拟,并进行现场射钉实验对模拟结果验证。结果表明,数值模拟与现场二级模型相比其结果更接近于射钉实验所得坯壳厚度,说明数值模拟相对于现场二级模型更能有效地反映出铸坯不同位置坯壳厚度,为末端电磁搅拌提供有效的参考。     

改善T91钢纯净度的相关研究

以某钢厂T91钢生产实践为依据,生产流程为60 t电弧炉→AOD→LF→VD→240 mm×240 mm方坯连铸。钢中存在两种夹杂物形态,尺寸分别为10~200μm的块状Al2O3夹杂和直径≤33μm圆球状夹杂物。分析夹杂产生原因结果显示,块状Al2O3夹杂是随LF炉精炼过程的钒铁合金化操作混入钢水中,通过将钒铁合金化操作前移到AOD出钢至LF炉精炼初期期间予以解决。而圆球状夹杂物是钢水中的镁铝尖晶石与炉渣结合后形成的,改善是将AOD出钢炉渣碱度提高至2.0以上,AOD出钢脱硫率达到90%以上,从而提高炉渣吸附夹杂能力。     

湍流状态下钢液中夹杂物的分形长大过程

应用DLA模型研究了各向异性湍流下夹杂物的凝聚过程.结果表明:伴随着种子集团的增大,种子集团相邻位置也不断增多,这有利于提高种子集团凝聚速度,最后得到的凝聚体与钢中簇状夹杂物的形貌相似.在各向异性湍流作用下,夹杂物的生长表现出各向异性,且湍流较弱方向为夹杂物优先生长方向.