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通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大和去除行为

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通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大和去除行为

作者：杨滨东北大学

学位级别：硕士

夹杂物的特征在钢材中扮演着重要的角色,很多工艺和理论都是以夹杂物为核心进行研究。电磁场的应用在连铸生产中起到了举足轻重的作用。本文以双通道式感应加热中间包为研究模型,对感应加热中间包进行了水模型实验,并且通过数值计算进... 详细信息

夹杂物的特征在钢材中扮演着重要的角色,很多工艺和理论都是以夹杂物为核心进行研究。电磁场的应用在连铸生产中起到了举足轻重的作用。本文以双通道式感应加热中间包为研究模型,对感应加热中间包进行了水模型实验,并且通过数值计算进行了结果的对比。通过有限元分析,探讨了中间包内磁感应强度、电磁力和焦耳热分布;将焦耳热和Lorentz力作为源项导入能量守恒方程和动量方程中,基于有限体积法,分析感应加热中间包的速度场和温度场;基于浓度扩散模型的思想,在夹杂物满足质量守恒和数量守恒的输运模型情况下,考虑了电磁力的影响,推导出在电磁场作用下夹杂物输运模型来研究夹杂物在中间包内的体积浓度、数量密度和特征半径,并且探讨有无感应加热、三个指标(自由液面渣层的吸附、壁面的吸附和通道的吸附)和有无对流机制物理条件下钢液中夹杂物的碰撞长大去除情况,研究结果表明:(1)水模型实验的温度场和流场在误差允许范围内和数值模拟的温度场和流场结果基本保持一致。(2)不同感应加热功率的比值等于磁感应强度平方比,即Pn/Pm =Bn2/Bm2;不同加热功率的比值等于电磁力之比,即Pn/Pm=Fn/Fm4;不同加热功率的比值等于焦耳热功率之比,即Pn/Pm=Bn2/Bm2。(3)无感应条件下,中间包出口温度下降了 8K,而有感应加热条件下中间包出口温度升高了 20K,可以看出感应加热很好地补偿了温降。(4)无感应条件下中间包浇注室钢液流动能促进夹杂物的上浮,但容易产生卷渣;有感应加热条件下,延长了浇注室内钢液流动路径,减弱了对包壁的冲击,更好地促进了夹杂物上浮去除。(5)无感应加热条件下夹杂物去除率为17.73%,有感应加热时条件下,夹杂物去除率为34.48%。(6)有感应加热条件下,自由液面渣层、通道和壁面对去除夹杂物的贡献依次为51.29%、21.84%、26.87%,可以看出自由液面渣层的贡献最大。(7)无对流机制物理条件下夹杂物的去除率为21.73%,有对流机制物理条件下夹杂物去除率为34.58%,说明对流机制对夹杂物的行为起到了重要的作用。

关键词：感应加热中间包去除率温度场流场夹杂物碰撞长大

通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大去除行为

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通道式感应加热中间包内夹杂物碰撞长大去除行为

作者：毕乾东北大学

学位级别：硕士

由于夹杂物的尺寸增大和数量增加,钢材制品的质量明显降低,性能明显恶化。现代钢铁的生产中,钢水的制备在成分控制的同时,还面临着一个重要任务:降低夹杂物含量。感应加热有利于夹杂物的碰撞长大去除,而且对于连铸过程中钢液存在的较大... 详细信息

由于夹杂物的尺寸增大和数量增加,钢材制品的质量明显降低,性能明显恶化。现代钢铁的生产中,钢水的制备在成分控制的同时,还面临着一个重要任务:降低夹杂物含量。感应加热有利于夹杂物的碰撞长大去除,而且对于连铸过程中钢液存在的较大热损失,能够进行有效的补偿,因此得到了越来越广泛地应用。本文针对双通道式感应加热中间包,以感应加热技术为依托,研究无感应加热与有感应加热情况下,中间包内钢液流动多物理场的分布情况以及夹杂物的碰撞长大去除情况。基于有限元方法,分析了中间包内磁场、感应电流、电磁力和焦耳热分布;将电磁力和焦耳热作为源项导入动量和能量守恒方程,基于有限体积法,得到通道式感应加热中间包的速度场和温度场;基于浓度扩散模型的思想,通过具有质量守恒和数量守恒特性的夹杂物输运模型,选择夹杂物的体积浓度、数量密度和特征半径三个指标来描述钢液中夹杂物的碰撞长大去除情况,并进一步探讨顶渣、固体边界对夹杂物的吸附情况等。研究结果表明:(1)通道式感应加热中间包能促进钢液上浮运动,有利于减轻通过中间包通道的钢液对其正前方壁面的冲击以及促进钢液的充分混合,而且能有效地补偿由于壁面而造成的热损失。(2)中间包长水口钢液速度为0.5m/s时,感应加热引起的热对流可将中间包浇注口的夹杂物数量密度减少33.5%、体积浓度减少38.2%。(3)中间包对夹杂物吸附能力大小的顺序排列依此为顶渣、通道壁面、壁面。所贡献比例分别为79.73%、18.93%、1.34%,而感应加热之后其值为80%、19.53%、0.47%,中间包中的顶渣和通道对夹杂物的吸附起到了重要作用。(4)入口速度越小,夹杂物去除效果越明显;随着入口速度的增大,夹杂物数量密度和体积浓度的变化趋于平缓;随着入口速度增大,感应加热与无感应加热对夹杂物特征粒径的影响差距逐渐减小。

关键词：感应加热中间包温度场流场夹杂物碰撞长大

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非对称二流中间包夹杂物碰撞长大行为研究

工业加热 2011年第5期40卷 59-62页

作者：赵岩耿佃桥雷洪陈海耿赫冀成孙中强邢国成东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110819 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金技术研究所有限公司辽宁沈阳110819

采用数值模拟方法考察了非对称二流中间包内夹杂物碰撞长大行为,计算结果表明:挡墙对中间包流场影响较大,有利于控制中间包内钢液湍流流动;安装挡墙后中间包内湍动能耗散率分布更均匀,最大湍动能耗散率为无挡墙时最大值的1/5;挡墙对中... 详细信息

采用数值模拟方法考察了非对称二流中间包内夹杂物碰撞长大行为,计算结果表明:挡墙对中间包流场影响较大,有利于控制中间包内钢液湍流流动;安装挡墙后中间包内湍动能耗散率分布更均匀,最大湍动能耗散率为无挡墙时最大值的1/5;挡墙对中间包夹杂物空间分布影响较大;挡墙的安装有利于提高夹杂物去除率,可有效地增强对直径>50的大尺寸夹杂物的去除。

关键词：非对称中间包夹杂物碰撞长大数值模拟

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钢液中夹杂物的碰撞长大及去除率

钢液中夹杂物的碰撞长大及去除率

中国金属学会特钢分会，特钢冶炼学术委员会2009年会

作者：程子建舒志浩赵晶晶酒泉钢铁集团公司北京科技大学冶金与生态工程学院

夹杂物碰撞长大是一种重要的夹杂物去除方式,本文结合酒钢实际生产参数,通过理论分析和计算,研究了钢液中夹杂物碰撞长大的影响因素及去除率。增加搅拌能,升高钢液温度都有利于促进夹杂物间的碰撞。在夹杂物碰撞过程中,湍流碰撞起主要... 详细信息

夹杂物碰撞长大是一种重要的夹杂物去除方式,本文结合酒钢实际生产参数,通过理论分析和计算,研究了钢液中夹杂物碰撞长大的影响因素及去除率。增加搅拌能,升高钢液温度都有利于促进夹杂物间的碰撞。在夹杂物碰撞过程中,湍流碰撞起主要作用。适合于碰撞去除的夹杂物半径在1-13μm之间,其去除率为41.2%-87.8%。

关键词：钢包精炼夹杂物碰撞长大

来源： cnki会议评论

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感应加热中间包夹杂物的运动及去除

东北大学学报（自然科学版） 2014年第10期35卷 1442-1446页

作者：王强石月明李一明李宝宽东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110819 沈阳鼓风机集团股份有限公司辽宁沈阳110869

针对某钢厂双通道式感应加热中间包,建立了三维非稳态数学模型来研究感应加热中间包内夹杂物的运动行为和去除率.从力平衡原理出发,采用欧拉-拉格朗日方法分析了感应加热中间包内夹杂物的运动行为.建立了感应加热情况下夹杂物碰撞长大... 详细信息

针对某钢厂双通道式感应加热中间包,建立了三维非稳态数学模型来研究感应加热中间包内夹杂物的运动行为和去除率.从力平衡原理出发,采用欧拉-拉格朗日方法分析了感应加热中间包内夹杂物的运动行为.建立了感应加热情况下夹杂物碰撞长大的数学模型,考察了夹杂物碰撞长大对其去除率的影响.结果表明,钢液流过通道受到紧箍作用,夹杂物会受电磁压力作用而向通道壁面运动,有利于夹杂物的去除;碰撞长大能够显著提高小粒径夹杂物的去除率;感应加热有助于夹杂物的去除,尤其是小粒径夹杂物.

关键词：感应加热中间包夹杂物碰撞长大电磁压力

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钢液中夹杂物动力学行为的数学模型

过程工程学报 2010年第S1期10卷 288-292页

作者：雷洪赫冀成东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110004

作为衡量钢产品质量的指标,冶金反应器内夹杂物大小、数量,形态和分布越来越受到冶金工作者关注.作为研究钢液中夹杂物行为的重要手段,数值模拟方法被广泛地应用于冶金工艺的优化.本文综合论述了夹杂物行为数值模拟的研究现状,分析了钢... 详细信息

作为衡量钢产品质量的指标,冶金反应器内夹杂物大小、数量,形态和分布越来越受到冶金工作者关注.作为研究钢液中夹杂物行为的重要手段,数值模拟方法被广泛地应用于冶金工艺的优化.本文综合论述了夹杂物行为数值模拟的研究现状,分析了钢中夹杂物的基本数学模型和多模式数学模型优点和不足,并提出了未来的发展趋势和重点要解决的问题.数值模拟结果表明,受钢液运动的影响,夹杂物体积浓度和特征半径在连铸结晶器下方呈"W"形分布.

关键词：钢液夹杂物数学模型空间分布碰撞长大形貌

稀土钇对SWRS82B硬线钢中B类夹杂物的变性行为影响

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热加工工艺 2021年第23期50卷 90-94页

作者：翟勇强李长荣首钢水城钢铁(集团)有限责任公司轧钢事业部贵州六盘水553000 贵州大学材料与冶金学院贵州贵阳550025 贵州大学冶金工程与过程节能重点实验室贵州贵阳550025

为了明确SWRS82B钢中稀土元素对棱角分明的B类夹杂物(氧化铝)变性行为,通过扫描电子显微镜和能谱分析仪研究了钇的不同添加量对氧化铝夹杂物的成分、形态、尺寸的影响。基于夹杂物粒子间可能存在的运动(布朗碰撞、斯托克斯碰撞以及湍流... 详细信息

为了明确SWRS82B钢中稀土元素对棱角分明的B类夹杂物(氧化铝)变性行为,通过扫描电子显微镜和能谱分析仪研究了钇的不同添加量对氧化铝夹杂物的成分、形态、尺寸的影响。基于夹杂物粒子间可能存在的运动(布朗碰撞、斯托克斯碰撞以及湍流碰撞)推测了稀土钇添加量使得氧化铝夹杂物改性且弥散化的原因。用计算结果和试验结果探讨了稀土钇对SWRS82B硬线钢中B类夹杂物的变性行为。结果表明,钇添加量为0.026%的试验样品中具有最佳的夹杂物特征,平均夹杂物尺寸相对未加钇的减小了7.8μm。钢液中夹杂物粒子间的碰撞主要以斯托克斯碰撞为主,夹杂物的碰撞会使原本大尺寸的氧化铝夹杂物转变为小颗粒的稀土复合夹杂。

关键词：稀土钇氧化铝夹杂物碰撞长大去除率

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旋流中间包内夹杂物运动行为的数值模拟研究

旋流中间包内夹杂物运动行为的数值模拟研究

作者：张东升东北大学

学位级别：硕士

钢液的洁净度对成型后钢材的质量影响显著,钢液内非金属夹杂物含量较高时,会导致凝固的铸坯各种力学性能降低,甚至产生铸坯的质量缺陷。中间包在连铸生产工序中位置特殊,在提高钢液洁净度方面优势明显。冶金学者主要研究包内钢液流动状... 详细信息

钢液的洁净度对成型后钢材的质量影响显著,钢液内非金属夹杂物含量较高时,会导致凝固的铸坯各种力学性能降低,甚至产生铸坯的质量缺陷。中间包在连铸生产工序中位置特殊,在提高钢液洁净度方面优势明显。冶金学者主要研究包内钢液流动状态控制和夹杂物运动行为,通过各种控流装置的组合使用,可以显著地改善包内钢液的流动特性,促进钢液中夹杂物的上浮去除。大粒径夹杂物上浮速度快,优化流场对大粒径夹杂物的上浮去除十分有效,而尺寸小于50μm的夹杂物随流性好,通过上浮去除的效果并不明显。本文主要研究旋流中间包内夹杂物的运动行为。首先基于Euler-Lagrangian离散相模型考虑夹杂物受多种力的作用,在旋流室直径为600 mm时旋流室高径比的变化对夹杂物去除率的影响,得出最优的旋流室高径比参数。在最优的旋流室参数下,研究钢液流速的改变对不同尺寸夹杂物运动轨迹和上浮去除率的影响;然后基于双欧拉和群体平衡模型相互耦合的CFD-PBM模型,对比计算常规中间包和旋流中间包内夹杂物在湍流碰撞机理作用下的碰撞聚集行为,得到夹杂物总体积分数和平均直径的变化,以及不同尺寸组夹杂物数量密度的变化。研究主要得出以下几点结论:（1）旋流中间包内流动状态的模拟与前人的水模实验吻合度高,控流后包内钢液的旋转流动导致钢液运动路径延长,流动状态更为合理。（2）从夹杂物运动轨迹图得出,钢液旋转流动的同时带动夹杂物旋转运动,夹杂物更容易碰撞聚集长大,夹杂物上浮去除率提高。（3）计算旋流室直径为600 mm时旋流室高径比变化对夹杂物上浮去除率的影响。得出旋流室高径比为0.75时,可以保证夹杂物高去除率的同时对钢液面的波动较小,为最优的旋流室结构参数。（4）计算不同尺寸夹杂物的上浮去除率可以得出,10 μm以下小尺寸夹杂物上浮去除率约25%,随着夹杂物尺寸地增大,夹杂物上浮去除率逐渐提高,当夹杂物尺寸大于100 μm时,夹杂物的去除率达95%。（5）CFD-PBM耦合模型的计算结果表明,小尺寸夹杂物碰撞聚合生成大尺寸夹杂物,夹杂物的碰撞聚合行为与钢液湍流流动同时进行,而中间包内钢液的平均停留时间为689 s,夹杂物在t=3000 s达到稳定说明中间包夹杂物的碰撞和去除过程是非稳态过程。（6）两类中间包内夹杂物计算稳定时的结果表明,常规中间包的出口处,夹杂物的总体积分数减少了 16.3%,夹杂物的平均直径增大了 8.12%;旋流中间包出口处,夹杂物的总体积分数减少了 20.7%,夹杂物的平均直径增大了 10.68%。（7）考虑碰撞夹杂物去除率影响可以得出,碰撞对小尺寸夹杂物的上浮去除率影响较大,在前6组夹杂物中,随着夹杂物尺寸地增大,碰撞的夹杂物去除率从25%减小到15%,在当夹杂物尺寸大于63 μm时,虽然碰撞去除率低,但夹杂物自身上浮去除率很高,钢液中夹杂物尺寸大于63μm的夹杂物数量密度很小。

关键词：数值模拟旋流中间包流场夹杂物去除运动轨迹碰撞长大

钢/气/渣/电磁场多场多相界面的夹杂物冶金

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钢/气/渣/电磁场多场多相界面的夹杂物冶金