溶气气浮技术去除钢中夹杂物研究
发布时间：2023-11-04 09:31
气泡精炼技术具有成本低、对设备改动小、夹杂物去除效果好等优点,是炼钢流程中不可或缺的精炼手段。溶气气浮技术是一种新型气泡精炼技术,该技术基本原理为,在吹氩站或LF精炼中将氮气或氢气等可溶性气体通入钢液中,提升钢液中可溶性气体元素含量,在此过程中,钢液可处于常压或高压气氛中;之后在VD或RH精炼中对钢液进行真空处理,使气泡在夹杂物表面异相形核,析出微小气泡;气泡在上浮过程中能够不断粘附夹杂物,并最终携带夹杂物上浮至渣中去除,有效提升钢液洁净度。本文通过建立气泡形核热力学、气泡生长与上浮动力学模型、结合水模型冷态实验、实验室热态实验以及工业试验等手段对溶气气浮技术进行研究,深入探究溶气气浮技术的机理及应用效果。主要研究内容及结果如下所示。(1)基于经典凝固形核理论,建立了钢液/(N2、H2)饱和体系析气过程中气泡在凸球形夹杂物表面形核的热力学模型,得到气泡凸球面形核临界形核半径计算关系式。基于热力学模型分析气泡凸球面形核与平面形核的差异,分析了不同因素对气泡球凸面形核的影响。结果表明,气泡凸球面形核难度比平面形核难度大。随着夹杂物尺寸增加,气泡凸球面形核所需吉布斯自由能变化减小,并接近于平...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号清单
1 引言
2 文献综述
2.1 钢中非金属夹杂物去除技术
2.1.1 钢中非金属夹杂物概述
2.1.2 非气泡去除夹杂物技术发展现状
2.1.3 气泡去除夹杂物技术发展现状
2.2 气泡去除夹杂物机理
2.2.1 气泡粘附去除夹杂物机理
2.2.2 大气泡尾流捕捉去除夹杂物机理
2.3 气泡形核研究
2.3.1 气泡均相形核
2.3.2 气泡异相形核
2.4 气泡生长研究
2.4.1 静止气泡的生长
2.4.2 上浮过程中气泡的生长
2.5 不同因素对气泡去除夹杂物的影响
2.5.1 气泡尺寸及弥散程度对夹杂物去除的影响
2.5.2 夹杂物尺寸对夹杂物去除的影响
2.5.3 接触角对夹杂物去除的影响
2.6 本课题研究背景、意义和内容
2.6.1 研究背景和意义
2.6.2 研究内容
3 钢液/(N2、H2)饱和体系析气过程中气泡形核热力学研究
3.1 实验方法
3.1.1 实验装置及材料
3.1.2 实验步骤
3.2 气泡凸球面形核热力学模型
3.3 模型分析及实验结果
3.3.1 气泡凸球面形核与平面形核的差异
3.3.2 夹杂物尺寸对气泡形核的影响
3.3.3 钢液深度对气泡形核的影响
3.3.4 夹杂物润湿角对气泡形核的影响
3.3.5 溶气压力对气泡形核的影响
3.3.6 真空处理压力对气泡形核的影响
3.3.7 实验结果及分析
3.4 本章小结
4 气泡生长与上浮动力学研究
4.1 钢液/(N2、H2)体系动力学模型
4.1.1 气泡上浮速度微分方程
4.1.2 气泡尺寸微分方程
4.1.3 气泡上浮距离微分方程
4.2 实验方法
4.3 水/CO2体系动力学模型
4.4 实验结果及分析
4.5 不同因素对气泡生长与上浮的影响
4.5.1 溶气压力对气泡生长与上浮的影响
4.5.2 气体类型对气泡生长与上浮的影响
4.5.3 临界形核深度对气泡生长与上浮的影响
4.5.4 夹杂物尺寸对气泡生长与上浮的影响
4.5.5 真空处理压力对气泡生长与上浮的影响
4.6 夹杂物去除机理分析
4.7 本章小结
5 溶气气浮技术去除硅锰脱氧钢中夹杂物研究
5.1 实验方案
5.1.1 实验设备及材料
5.1.2 实验方法
5.2 实验结果
5.2.1 钢中T[N]、T[O]含量的变化
5.2.2 钢中夹杂物特征及其去除效果分析
5.3 溶氮压力对钢中气泡形核率及形核密度的影响
5.3.1 溶氮压力对钢液中气泡形核率的影响
5.3.2 溶氮压力对气泡形核密度的影响
5.4 本章小结
6 溶气气浮技术工业试验
6.1 试验方案
6.1.1 生产方案
6.1.2 取样及分析方案
6.2 试验结果
6.2.1 钢中氮/氧含量变化
6.2.2 铸坯夹杂物特征分析
6.2.3 夹杂物去除效果
6.3 PERM与溶气气浮技术机理的对比分析
6.3.1 钢液氮含量对气泡形核范围的影响
6.3.2 PERM与溶气气浮技术去除夹杂物机理对比
6.4 本章小结
7 溶气气浮技术在RH精炼中的应用效果及机理研究
7.1 实验方案
7.1.1 实验设备
7.1.2 实验方法
7.2 实验结果及分析
7.2.1 RH钢包内气泡的行为
7.2.2 气泡在RH水模型及原型中形核机理分析
7.2.3 溶气气浮技术对RH钢包内流场的影响
7.2.4 钢包宏观流态及混匀时间研究
7.2.5 气泡在RH精炼中运动轨迹的分析
7.2.6 溶气气浮技术对RH水模型中粒子的去除效果
7.3 本章小结
8 结论及创新点
8.1 结论
8.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3860034
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号清单
1 引言
2 文献综述
2.1 钢中非金属夹杂物去除技术
2.1.1 钢中非金属夹杂物概述
2.1.2 非气泡去除夹杂物技术发展现状
2.1.3 气泡去除夹杂物技术发展现状
2.2 气泡去除夹杂物机理
2.2.1 气泡粘附去除夹杂物机理
2.2.2 大气泡尾流捕捉去除夹杂物机理
2.3 气泡形核研究
2.3.1 气泡均相形核
2.3.2 气泡异相形核
2.4 气泡生长研究
2.4.1 静止气泡的生长
2.4.2 上浮过程中气泡的生长
2.5 不同因素对气泡去除夹杂物的影响
2.5.1 气泡尺寸及弥散程度对夹杂物去除的影响
2.5.2 夹杂物尺寸对夹杂物去除的影响
2.5.3 接触角对夹杂物去除的影响
2.6 本课题研究背景、意义和内容
2.6.1 研究背景和意义
2.6.2 研究内容
3 钢液/(N2、H2)饱和体系析气过程中气泡形核热力学研究
3.1 实验方法
3.1.1 实验装置及材料
3.1.2 实验步骤
3.2 气泡凸球面形核热力学模型
3.3 模型分析及实验结果
3.3.1 气泡凸球面形核与平面形核的差异
3.3.2 夹杂物尺寸对气泡形核的影响
3.3.3 钢液深度对气泡形核的影响
3.3.4 夹杂物润湿角对气泡形核的影响
3.3.5 溶气压力对气泡形核的影响
3.3.6 真空处理压力对气泡形核的影响
3.3.7 实验结果及分析
3.4 本章小结
4 气泡生长与上浮动力学研究
4.1 钢液/(N2、H2)体系动力学模型
4.1.1 气泡上浮速度微分方程
4.1.2 气泡尺寸微分方程
4.1.3 气泡上浮距离微分方程
4.2 实验方法
4.3 水/CO2体系动力学模型
4.4 实验结果及分析
4.5 不同因素对气泡生长与上浮的影响
4.5.1 溶气压力对气泡生长与上浮的影响
4.5.2 气体类型对气泡生长与上浮的影响
4.5.3 临界形核深度对气泡生长与上浮的影响
4.5.4 夹杂物尺寸对气泡生长与上浮的影响
4.5.5 真空处理压力对气泡生长与上浮的影响
4.6 夹杂物去除机理分析
4.7 本章小结
5 溶气气浮技术去除硅锰脱氧钢中夹杂物研究
5.1 实验方案
5.1.1 实验设备及材料
5.1.2 实验方法
5.2 实验结果
5.2.1 钢中T[N]、T[O]含量的变化
5.2.2 钢中夹杂物特征及其去除效果分析
5.3 溶氮压力对钢中气泡形核率及形核密度的影响
5.3.1 溶氮压力对钢液中气泡形核率的影响
5.3.2 溶氮压力对气泡形核密度的影响
5.4 本章小结
6 溶气气浮技术工业试验
6.1 试验方案
6.1.1 生产方案
6.1.2 取样及分析方案
6.2 试验结果
6.2.1 钢中氮/氧含量变化
6.2.2 铸坯夹杂物特征分析
6.2.3 夹杂物去除效果
6.3 PERM与溶气气浮技术机理的对比分析
6.3.1 钢液氮含量对气泡形核范围的影响
6.3.2 PERM与溶气气浮技术去除夹杂物机理对比
6.4 本章小结
7 溶气气浮技术在RH精炼中的应用效果及机理研究
7.1 实验方案
7.1.1 实验设备
7.1.2 实验方法
7.2 实验结果及分析
7.2.1 RH钢包内气泡的行为
7.2.2 气泡在RH水模型及原型中形核机理分析
7.2.3 溶气气浮技术对RH钢包内流场的影响
7.2.4 钢包宏观流态及混匀时间研究
7.2.5 气泡在RH精炼中运动轨迹的分析
7.2.6 溶气气浮技术对RH水模型中粒子的去除效果
7.3 本章小结
8 结论及创新点
8.1 结论
8.2 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3860034
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3860034.html