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LF精炼过程中通电升温阶段底吹氩方式的优化

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 507-513页

作者：王宁秦德越李宝宽赵家七东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

在LF(ladle furnace)精炼过程的通电升温阶段多采用双喷嘴等流喷吹的吹氩方式.本文提出一种双喷嘴差流吹氩的底吹方式,以某钢厂135 t钢包为原型设计1∶4非等温水模型实验平台,在总流量相同的情况下进行底吹比例为1∶1,2∶1和3∶1的温度... 详细信息

在LF(ladle furnace)精炼过程的通电升温阶段多采用双喷嘴等流喷吹的吹氩方式.本文提出一种双喷嘴差流吹氩的底吹方式,以某钢厂135 t钢包为原型设计1∶4非等温水模型实验平台,在总流量相同的情况下进行底吹比例为1∶1,2∶1和3∶1的温度均匀化实验,结果表明底吹比例为2∶1时的各监测点无量纲温差最小,均匀化效果最好.建立流动-传热耦合数学模型对实验结果进行验证,结果表明在总流量相等的情况下,底吹比例为1∶1,2∶1和3∶1时流动死区占比分别为14.1%,9.1%和9.8%,温度死区占比分别为6.2%,2.6%和0.3%,2∶1差流底吹方式在活跃流场和促进温度均匀化方面具有优势.

关键词：差流吹氩底吹分布温度均匀化非等温水模型流动死区

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980 MPa级DH钢开发阶段铸坯开裂的分析与改善

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中国冶金 2024年

作者：田贵昌袁天祥李宝宽首钢京唐钢铁联合有限责任公司制造部东北大学冶金学院

汽车结构日益复杂，需要具有高强度、高延伸性能的先进高强钢材料。DH钢在传统DP钢基础上开发而来，在保持强度的同时，成形性能更优，但铸坯开裂成为制约品种开发的关键问题。通过低倍检验、成分检测、金相分析等表征方法研究了DH钢铸... 详细信息

汽车结构日益复杂，需要具有高强度、高延伸性能的先进高强钢材料。DH钢在传统DP钢基础上开发而来，在保持强度的同时，成形性能更优，但铸坯开裂成为制约品种开发的关键问题。通过低倍检验、成分检测、金相分析等表征方法研究了DH钢铸坯开裂的原因。结果表明，柱状晶体粗大、中心偏析严重、芯部裂纹等内部质量问题是开裂的直接原因，存在内部裂纹的铸坯经过加热后，在冷却过程中裂纹会快速扩展。热模拟试验表明，铸坯表面微裂纹脱碳严重不会造成铸坯发生开裂。通过开发专用保护渣、优化铸机设备精度、减小铸坯过程温降，实现连浇1500 t以上，铸坯回退比例从7%降至0.2%，铸坯开裂发生率从1.74%降至0.11%以下。研究结果可为解决该类成分体系的铸坯开裂、断坯问题提供参考。

关键词： DH钢中心偏析裂纹应力脱碳

振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢碳偏析模拟

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材料与冶金学报 2024年

作者：李升王芳吴佳雷刘中秋李宝宽东北大学共生矿生态化冶金教育部重点实验室东北大学冶金学院

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型，分析了碳元素的偏析行为和影响规律，利用VOF模型对渣/金界面进行追踪，采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为... 详细信息

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型，分析了碳元素的偏析行为和影响规律，利用VOF模型对渣/金界面进行追踪，采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为，并考虑了铸锭中不同元素之间的相互影响。结果表明：与传统工艺相比，振动电极电渣重熔工艺可以明显改善碳元素的偏析，最大正偏析指数由0.135减至0.116，减小了14.07%，最大负偏析指数由-0.124增至-0.105，增大了15.32%；增大w(W)会加重碳元素的偏析，当w(W)从9%增至9.5%时，最大正偏析指数增大了7.11%，最大负偏析指数减小了10.3%。

关键词：电渣重熔数值模拟碳偏析组分输运

中空、实心电极电炉熔炼钛渣过程中电弧特性的对比研究

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钢铁钒钛 2024年第1期45卷 19-27页

作者：李孟臻李宝宽于洋肖军东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室四川攀枝花617000

为了深入探究中空电极技术在钛渣电炉冶炼工艺中的优势所在,以25.5 MW钛渣电炉实际电极尺寸为基础,分别建立了中空和实心电极电弧的数学模型,模拟得到中空、实心电极电弧的电磁场、温度场和流场分布特性,研究了电流大小和电弧长度对熔... 详细信息

为了深入探究中空电极技术在钛渣电炉冶炼工艺中的优势所在,以25.5 MW钛渣电炉实际电极尺寸为基础,分别建立了中空和实心电极电弧的数学模型,模拟得到中空、实心电极电弧的电磁场、温度场和流场分布特性,研究了电流大小和电弧长度对熔池表面温度分布的影响规律。结果表明,电弧内电流密度、焦耳热值、速度和温度的较大值位于阴极斑点附近,中空电极是内外径中心线下方区域,实心电极是中心轴线附近区域。采用中空电极时,周围的电弧会向中轴线汇聚,该现象有利于提高电弧加热物料的效率。当电流值由34 kA增大到54 kA,两种情形下的熔池表面平均温度分别提升了708 K和109 K。当电弧长度由0.3 m缩短到0.1 m,两种情形下的熔池表面平均温度分别提升了2 500 K和46 K。相比于实心电极,中空电极更适合采用大电流和短弧长的运行方式,且合理控制弧长对提高中空电极电弧加热效率的效果更显著。

关键词：钛渣电炉冶炼中空电极电弧特性数值模拟电流大小电弧长度

浸入式水口结构影响板坯连铸结晶器钢液流动行为的研究进展

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材料与冶金学报 2024年

作者：荣文杰蒲迪涛霍慧芳刘中秋李宝宽北京临近空间飞行器系统工程研究所东北大学冶金学院

浸入式水口是板坯连铸结晶器钢液流动的引导装置，优化浸入式水口结构、改善钢液流动行为，对生产优质铸坯具有重要意义。本文首先对板坯连铸工艺中广泛应用的浸入式水口结构进行总结；然后梳理了浸入式水口结构影响钢液流动行为的国内... 详细信息

浸入式水口是板坯连铸结晶器钢液流动的引导装置，优化浸入式水口结构、改善钢液流动行为，对生产优质铸坯具有重要意义。本文首先对板坯连铸工艺中广泛应用的浸入式水口结构进行总结；然后梳理了浸入式水口结构影响钢液流动行为的国内外研究：明确了水口的内孔、侧孔、底孔/底部等结构参数及其浸入深度对钢液流速、液面波动及流动模式等的影响规律；讨论了近几年伴随新的工艺要求出现的创新型浸入式水口结构及其应用限制；最后指出，一方面浸入式水口结构优化应随着板坯连铸结晶器最佳钢液流场的确定而进一步发展；另一方面考虑水口结瘤的实际情况，应开展浸入式水口结构动态变化的相关研究，从而精准控制钢液流动、显著促进连铸坯质量提升。

关键词：板坯连铸结晶器浸入式水口钢液流动

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射流预冷对航空发动机进气温度的特征性分析

航空动力学报 2024年第7期39卷 177-188页

作者：冯爽李宝宽杨晓晰谢业平张海洋东北大学热能工程系沈阳110819 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发沈阳发动机研究所辽宁省航空发动机冲击动力学重点实验室沈阳110015

为了研究射流预冷技术对预压段温度场的影响,采用欧拉-拉格朗日方法建立了液滴雾化蒸发过程的三维数学模型.气液两相之间的传质和动量交换是通过双向耦合的方法实现的.通过与已有试验结果的比较,验证了该数学模型的准确性.采用响应面法... 详细信息

为了研究射流预冷技术对预压段温度场的影响,采用欧拉-拉格朗日方法建立了液滴雾化蒸发过程的三维数学模型.气液两相之间的传质和动量交换是通过双向耦合的方法实现的.通过与已有试验结果的比较,验证了该数学模型的准确性.采用响应面法分析了水气比、喷射速度、液滴尺寸和喷嘴锥角对航空发动机进气温度的影响,建立了四因素三水平响应面法.结果表明:发动机进气空气温度的降温比为3.67%~26.02%.建立了基于多元回归方法的可视化非线性多变量设计优化方程,得到了水气比、喷射速度、液滴尺寸和喷嘴锥角对进气冷却效果的影响.当水气比为0.08、液滴尺寸为10.47 µm、喷射速度为39.52m/s、喷嘴锥角为24.79°时,发动机最低预压缩冷却段温度为449.60 K.

关键词：射流预冷响应面分析进气温度雾化蒸发

铝电解气泡运动特性与形貌演变规律的研究进展

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中国有色金属学报 2023年第4期33卷 1232-1251页

作者：孙美佳李宝宽东北大学冶金学院沈阳110819

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡运动行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方... 详细信息

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡运动行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方法的研究进展,尤其对多尺度气泡形核、生长、聚并以及释放行为的研究进行了详细的阐述。对当前的工业测量实验、水模型实验、水溶液电解实验以及高温电解实验的优缺点进行了对比与总结。对数值实验的界面捕捉方法、欧拉-欧拉方法、欧拉-拉格朗日方法以及格子玻尔兹曼方法对描述不同尺度气泡的适用性进行了对比与评估,提出未来的研究方向要结合微观电化学反应、界面传质并利用工业人工智能等方法优化铝电解过程气泡运动。

关键词：铝电解多尺度气泡数值模拟形貌演变

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连铸结晶器内高温熔体多相流模型化研究进展

金属学报 2022年第10期58卷 1236-1252页

作者：刘中秋李宝宽肖丽俊干勇东北大学冶金学院沈阳110819 钢铁研究总院北京100081

连铸结晶器内高温熔体多相流的运动状态强烈地影响高品质钢的洁净化、均匀化和精细化。该高温熔体多相流为非稳态湍流,同时耦合传热、传质、相变、反应、电磁力等诸多过程,形成了十分复杂的非稳态、非线性、非平衡多物理场,很难通过现... 详细信息

连铸结晶器内高温熔体多相流的运动状态强烈地影响高品质钢的洁净化、均匀化和精细化。该高温熔体多相流为非稳态湍流,同时耦合传热、传质、相变、反应、电磁力等诸多过程,形成了十分复杂的非稳态、非线性、非平衡多物理场,很难通过现场测试对其内部的各种物理量进行在线测量。在确保流动和凝固过程相似的情况下,开展物理模拟实验以及对其多尺度传输现象的数值模拟,已成为阐述连铸坯各类缺陷形成机理的首选。然而,与传统流体力学问题相比,冶金高温熔体多相流的突出特点是物性变化大、本构关系式复杂、相界面影响因素多及边界物理量梯度大等,且连铸结晶器内多物理场存在连续相大界面变形、离散相颗粒输运以及连续相-离散相转变等复杂多变的多尺度界面现象,以及多尺度的湍流涡结构,这些都给高温熔体多相流模型化研究带来极大困难。相比于单相流,多相流具有相界面拓扑形状变化的特征,本文从离散流界面尺度分布性、混合流界面跨尺度性、凝固界面多尺度性、以及湍流在揭示多尺度相界面结构中的作用等4方面回顾了连铸结晶器内高温熔体多相流模型化的研究进展,并展望了未来可能的研究方向。

关键词：连铸结晶器高温熔体多相流多尺度模型化

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铝电解气泡运动特性与形貌演变规律研究进展

中国有色金属学报 2022年

作者：孙美佳李宝宽东北大学冶金学院

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方法的...

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方法的研究进展，尤其对气泡形核、生长、聚并以及释放行为的研究进行了详细的阐述。对当前的工业实验、水模型实验、水溶液电解实验以及高温电解实验的优缺点进行了对比与总结。对数值实验的界面捕捉方法、欧拉-欧拉方法、欧拉-拉格朗日方法以及格子玻尔兹曼介观方法对描述不同尺度气泡的适用性进行了对比与评估。提出了未来的研究方向要结合微观电化学反应、界面传质并利用工业人工智能等方法优化铝电解过程气泡运动。

关键词：