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模铸法处理熔融精炼铸余渣的试验研究

环境工程 2023年第S01期41卷 394-397,409页

作者：吴桐孙健张添华杜昱樊钢铁工业环境保护国家重点实验室北京100088 中冶节能环保有限责任公司北京100088 新余中冶环保资源开发有限公司江西新余338001

2021年我国粗钢产量10.3亿t,钢渣产量超1.2亿t,铸余渣产量约1800万t。铸余渣处理技术经过多年发展,熔态改性法和格栅法均未得到大范围推广,多数钢铁企业仍然沿用热泼冷却后,用重锤破碎和氧气切割来回收金属铁这一环境污染严重、安全隐... 详细信息

2021年我国粗钢产量10.3亿t,钢渣产量超1.2亿t,铸余渣产量约1800万t。铸余渣处理技术经过多年发展,熔态改性法和格栅法均未得到大范围推广,多数钢铁企业仍然沿用热泼冷却后,用重锤破碎和氧气切割来回收金属铁这一环境污染严重、安全隐患大的落后工艺。本文根据铸余渣金属铁含量高的特点,采用试验的方法,探索采用模铸法进行处理的可行性。试验证明铸余渣凝固过程具备明显的冷缩特性,在浇铸前温度高于1450℃,铸模内喷涂脱模剂的情况下可以实现顺利脱模,模铸法具有技术可行性。生产模拟试验证明采用模铸法处理铸余渣无须重锤破碎、氧气切割等高污染、高安全隐患等工序,且处理后的铸余渣锭中金属铁和尾渣易分离,进一步证明该方法的可行性,可以用于改进现有热泼处理工艺。

关键词：铸余渣模铸金属铁回收生产模拟试验

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模铸浇铸过程钢锭模底吹氩熔体凝固模拟研究

模铸浇铸过程钢锭模底吹氩熔体凝固模拟研究

作者：杜文斌东北大学

学位级别：硕士

本课题运用物理模拟和数学模拟的方法,用NH4Cl溶液模拟钢液,以空气模拟氩气,研究了模铸底吹氩钢液在浇铸凝固过程中不同条件下的气泡直径、气泡运动、NH4Cl晶粒的形核及生长行为、不同条件下温度场的变化情况等。研究发现,当底吹气量为q... 详细信息

本课题运用物理模拟和数学模拟的方法,用NH4Cl溶液模拟钢液,以空气模拟氩气,研究了模铸底吹氩钢液在浇铸凝固过程中不同条件下的气泡直径、气泡运动、NH4Cl晶粒的形核及生长行为、不同条件下温度场的变化情况等。研究发现,当底吹气量为q=166ml/min时气泡的平均直径最大,为0.559mm～0.570mm;当底吹气量为q=76ml/min时气泡的平均直径最小,为0.516mm～0.521mm。对枝晶间距进行测量后发现,在不进行底部吹气时,枝晶的一次晶间距与二次晶间距都较大,一次晶间距的平均值为1.037mm、二次晶间距的平均值为0.188mm,枝晶结构较为稀疏,同时也会产生疏松的现象。在进行底部吹气时,随着气量由q=76ml/min增大到q=166ml/min,一次晶与二次晶的间距呈现出逐步减小的趋势,在实验冷却条件下,当砖心距为L=60mm、底吹气量为q=166ml/min时的一次晶间距与二次晶间距最小,分别为0.555mm与0.136mm。表明进行底部吹气能有效的改善枝晶的组织结构,且随着气量的增加,枝晶间的结构会由稀疏变的致密,同时枝晶间产生的疏松现象也会减弱。在不进行底部吹气时,柱状晶较为发达,等轴晶的比例较小,仅为18.11%。在进行底部吹气的条件下,当吹气时间为t=15min,底吹气量达到q=166ml/min时等轴晶的比例达到了 37.80%。当吹气流量为q=76ml/min,吹气时间为t=25min时等轴晶的比例达到了 40.16%。凝固壳的厚度会因吹气条件的不同而发生改变,适当的增加砖心距与底吹气量可以有效的改善凝固壳上部较薄下部较厚的不均匀情况。在不进行底部吹气时,凝固壳在高度为H=50mm与H=300mm处的厚度相差为4.1mm;当底吹气量为q=76ml/min、吹气时间为t=25min时凝固壳在高度为H=50mm与H=300mm处的厚度差仅为1.5mm;当底吹气量为q=166ml/min、吹气时间为t=15min时凝固壳在高度为H=50mm与H=300mm处的厚度差仅为1.4mm。数学模拟中,在无底部吹气时,在钢锭模模型底部角部区域内流场会出现的小流速区。在进行底部吹气时,由于气泡对钢液的搅动作用,流场的流速会随着底吹气量的增大而增大,减小甚至消除了流场底部角部区域内的小流速区。通过比较数学模拟与物理模拟钢锭模模型内不同位置的温度变化曲线,两者的模拟结果较为一致。在数学模拟气泡运动时发现:在进行底部吹气时,液体上升流股对小气泡的吸引作用会使气泡柱呈现偏移或弧形弯曲的趋势,在近液面处由于上升流股对小气泡的控制能力减弱,会出现弥散的现象,随着底吹气量的增加,大气泡的上浮速度较快,气泡柱的弯曲程度降低。用温度云图的形式展现出了钢锭模模型内的温度场变化情况,在无底部吹气时,当凝固时间达到995s时等温线呈“U”型,且随着凝固时间的推移“U”型等温线的底部自下向上运动,两侧由外向内运动。在底部吹气时,当凝固时间达到1995s时,在模型底部及四周的区域才出现明显的温降现象,随着凝固时间推进温降越来越明显,“U”型等温线的下部相较于无底部吹气时宽且运动较为缓慢,说明了在吹气情况下的模内温度梯度要小于不吹气情况下的模内温度梯度。

关键词：模铸凝固底吹氩气泡运动晶粒生长温度场模拟研究

浇铸过程底吹氩流量对金属液温度与凝固的影响

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钢铁钒钛 2022年第2期43卷 133-139页

作者：耿云飞钟良才杨晓猛杨仕存张岭贺龙龙多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室东北大学冶金学院辽宁沈阳110004

采用低熔点Pb_(18)Sn_(12)In_(21)Bi_(49)(质量分数)合金,在不锈钢的锭模中进行浇铸过程底吹氩试验。利用热电偶测定模内不同位置的温度,并采用扫描电镜(SEM)对凝固试样进行铸态相组织观察,研究了浇铸过程底吹氩对合金液温度与合金凝固... 详细信息

采用低熔点Pb_(18)Sn_(12)In_(21)Bi_(49)(质量分数)合金,在不锈钢的锭模中进行浇铸过程底吹氩试验。利用热电偶测定模内不同位置的温度,并采用扫描电镜(SEM)对凝固试样进行铸态相组织观察,研究了浇铸过程底吹氩对合金液温度与合金凝固相组织的影响。试验结果表明,浇铸过程无底吹时,水平方向中心测温点的温度下降很缓慢,浇铸结束后该点的温度骤降到凝固等温平台温度。当浇铸过程底吹氩时,中心点温度以较快的温降速率降低到凝固温度。无底吹氩时,在竖直方向,合金液从下自上依次开始凝固,而底吹氩时,各监测点几乎同时开始凝固。在相同的冷却条件下,浇铸过程底吹氩显著延迟模型下部的开始凝固时间。无底吹氩时检测截面上富Sn相平均直径在2.58μm,当进行底吹氩时,可以有效改善凝固相组织粒径分布,细化合金铸态相组织,截面上富Sn相平均直径约为1.89~2.20μm,较无底吹时降低了26.7%~14.7%。

关键词：模铸底吹氩低熔点合金温度凝固相组织

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模铸轴承钢线材中心黑心问题分析

汽车工艺与材料 2023年第9期 37-41页

作者：郭立波周伟基高惠菊东北特殊钢集团大连116105

针对模铸轴承钢中心黑心缺陷,分别对退火态和热轧态盘条样品采用低倍酸浸、金相分析、扫描电镜微观形貌观察、能谱成分分析检测手段分析缺陷性质。通过对冶炼过程和轧制工艺流程进行调查,确认黑心缺陷是由于发热剂保温不良,导致冒口附... 详细信息

针对模铸轴承钢中心黑心缺陷,分别对退火态和热轧态盘条样品采用低倍酸浸、金相分析、扫描电镜微观形貌观察、能谱成分分析检测手段分析缺陷性质。通过对冶炼过程和轧制工艺流程进行调查,确认黑心缺陷是由于发热剂保温不良,导致冒口附近出现C、Cr元素偏聚造成的碳化物偏析。根据该缺陷形成原因,提出相应的现场工艺改进措施,为加强冒口的保温及时更换了发热剂,降低了浇注的过热度,最终解决了黑心问题,提高了产品合格率。

关键词：模铸轴承钢微观形貌偏析

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模铸氩气保护浇注装置中的内部流场分析

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第1期 0081-0084页

作者：王睿朱菲涵张瀚予大连海洋大学机械与动力工程学院辽宁大连116021

本文主要研究了模铸氩气保护浇注装置中的内部流场分析。介绍了氩气保护浇注装置的工作原理、主要组成部分以及应用背景与意义。对内部流场的概念进行了定义,并探讨了内部流场形成的机制和影响因素。然后介绍了流场的数值模拟方法,包括... 详细信息

本文主要研究了模铸氩气保护浇注装置中的内部流场分析。介绍了氩气保护浇注装置的工作原理、主要组成部分以及应用背景与意义。对内部流场的概念进行了定义,并探讨了内部流场形成的机制和影响因素。然后介绍了流场的数值模拟方法,包括流动方程的建立、边界条件与初始条件的处理以及数值求解的方法和步骤。最后进行了氩气保护浇注装置内部流场的仿真分析,展示了流场分布的结果,并进行了数据分析和解读。本研究对于提高模铸氩气保护浇注装置的性能和效率具有重要意义。

关键词：模铸氩气保护浇注装置内部流场分析工作原理流场分布

模铸法制备GCr15扁锭模拟与微观组织研究

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特种铸造及有色合金 2017年第8期37卷 834-837页

作者：程琪万乐于晓华刘建雄詹肇麟张冠群刘成昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093 昆明理工大学固体废弃物资源化国家工程研究中心昆明650093

采用Pro/E三维建模,通过ProCAST软件模拟了模铸法制备3.1t的GCr15扁锭的凝固过程,分析了钢锭充型过程中温度场及固相率,预测了钢锭可能产生缩松和缩孔缺陷的位置,研究了其宏观铸造组织。利用扫描电镜(SEM)观察了其微观组织,使用屏显式... 详细信息

采用Pro/E三维建模,通过ProCAST软件模拟了模铸法制备3.1t的GCr15扁锭的凝固过程,分析了钢锭充型过程中温度场及固相率,预测了钢锭可能产生缩松和缩孔缺陷的位置,研究了其宏观铸造组织。利用扫描电镜(SEM)观察了其微观组织,使用屏显式材料端面高温摩擦磨损试验机研究了微观组织结构对摩擦磨损特性的影响。结果表明,钢锭的凝固顺序:轴向上由钢锭底部向钢锭帽头处推进,径向上从型壁向钢锭的中心逐步进行;钢锭的缩孔集中在帽头部位,钢锭中心易产生缩松;条状、六方棱柱状的M7C3型碳化物对GCr15铸锭的耐磨性影响显著。

关键词： GCr15钢模铸 ProCAST 数值模拟缩松、缩孔

外力对高压模铸AA5754合金组织演变和力学性能的影响（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2017年第2期27卷 282-288页

作者： R.HAGHAYEGHI Department of Materials Engineering Science and Research BranchIslamic Azad UniversityTehranIran

在高压模铸AA5754合金前,分别采用超声处理和电磁搅拌或两者组合使用对熔体进行处理,并对其影响进行评定。经超声处理、电磁搅拌或组合处理后的合金熔体被转移至注射腔。对合金的晶粒尺寸、力学性能、含气量和热裂敏感性进行分析。结果... 详细信息

在高压模铸AA5754合金前,分别采用超声处理和电磁搅拌或两者组合使用对熔体进行处理,并对其影响进行评定。经超声处理、电磁搅拌或组合处理后的合金熔体被转移至注射腔。对合金的晶粒尺寸、力学性能、含气量和热裂敏感性进行分析。结果表明,各种熔体处理方法都能使合金的晶粒细化,孔隙率减小。超声处理使合金晶粒从140μm减小至82μm,孔隙率从5.5%减小至1.4%。电磁搅拌使合金晶粒减小至107μm,孔隙率减小至3.3%。组合处理使合金晶粒和孔隙率降至该合金采用物理熔体处理方法有报道以来的最低值,分别为65μm和1.1%。强烈的空化效应和搅拌不仅可以得到细化的显微组织,而且也减小热裂敏感性,提高力学性能。以上特征都是由于在熔体处理过程中产生空洞。通过组合处理,电磁搅拌在强烈的超声空化场中提供更多外生颗粒以促进形核。超声处理通过引入强烈的空化场,在晶粒细化、减小热裂敏感性和含气量过程中起主要作用。

关键词： 5754铝合金电磁搅拌超声处理显微组织模铸

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水冷铜模与砂模铸造M2钢显微组织对比

工程科学学报 2016年第6期38卷 787-794页

作者：赵志刚仇圣桃朱荣北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心北京100081

采用实验室25 kg高频真空感应炉熔炼M2钢,并用水冷铜模和砂模均浇铸为横截面100 mm×50 mm的M2钢铸锭,研究冷却速度对M2钢二次枝晶间距、渗透率、碳化物和晶粒尺寸及分布的影响.研究结果表明:M2钢凝固过程中,快的冷却速度能有效减小二... 详细信息

采用实验室25 kg高频真空感应炉熔炼M2钢,并用水冷铜模和砂模均浇铸为横截面100 mm×50 mm的M2钢铸锭,研究冷却速度对M2钢二次枝晶间距、渗透率、碳化物和晶粒尺寸及分布的影响.研究结果表明:M2钢凝固过程中,快的冷却速度能有效减小二次枝晶间距、渗透率、晶粒和网状碳化物的尺寸,同时可以改善晶粒和网状碳化物的分布和均匀性;砂模和水冷铜模M2钢铸锭的平均二次枝晶间距分别为42.5μm和21.6μm,平均冷却速度为1.06 K·s^(-1)和12.50 K·s^(-1),平均渗透率分别为0.13μm^2和0.035μm^2.快的冷却速度能有效减轻中心碳偏析程度,砂模和水冷铜模模铸的M2钢铸锭中心碳化物面积分数分别为0.46和0.30,且其较各自的平均值分别增大38.7%和2.2%;水冷铜模铸锭平均晶粒尺寸(43.1μm)较砂模铸锭的平均晶粒尺寸(72.6μm)减小约40.7%,铸锭中心晶粒尺寸减小43.2%,且水冷铜模铸锭的晶粒尺寸较砂模铸锭均匀.文中获得了M2钢凝固过程中晶粒尺寸与冷却速度的关系式.

关键词：高速钢模铸冷却速度显微组织

车轴钢EA1N全流程夹杂物演变分析及工艺优化

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炼钢 2021年第1期37卷 73-80页

作者：李成斌刘君蒋鹏宝山钢铁股份有限公司中央研究院上海201900 宝山钢铁股份有限公司炼钢厂上海201900

对国内某钢厂模铸车轴钢EA1N的全流程夹杂物演化规律进行了分析,并结合规律对工艺进行了针对性改进,在现场实施后取得了较好的效果。夹杂物分析表明:在原工艺下,LF出站后的夹杂物中CaO含量明显增加,同时夹杂物中还出现了MnO、SiO2,推测... 详细信息

对国内某钢厂模铸车轴钢EA1N的全流程夹杂物演化规律进行了分析,并结合规律对工艺进行了针对性改进,在现场实施后取得了较好的效果。夹杂物分析表明:在原工艺下,LF出站后的夹杂物中CaO含量明显增加,同时夹杂物中还出现了MnO、SiO2,推测熔渣直接卷入是LF过程中夹杂物形成的原因之一;在浇注过程中钢液中再次形成了大尺寸的脱氧产物,并一直滞留在钢材中;通过无水电解的方法,在各个工序中均能发现尺寸超过50μm的大尺寸夹杂物。在新工艺中,提高精炼渣吸收Al2O3夹杂物的能力,精确控制铝含量,浇注过程全程氩封,禁止测温与取样操作,避免二次氧化,使得钢材洁净度与加工合格率大大改善。

关键词：模铸夹杂物保护浇注车轴钢