氩气泡对浸入式水口附近弯月面影响的水模试验

为弄清楚浸入式水口附近钢液弯月面的行为规律，本文进行了水模试验弯月面被沿浸入式水口上升的大的氩气泡所影响。水、硅油和空气用于模型代替钢液、保护渣和氩气，圆柱形棒当做浸入式水口。通过调整具防水涂层圆柱形棒，使水与圆棒的润湿角和钢液与浸入式水口的润湿角相近。一定体积的单个气泡通过罩形容器释放到圆棒底部，用高速摄像机观察了气泡通过水与硅油界面处时硅油在水槽内的聚集行为。

板坯连铸结晶器内氩气泡行为的模拟研究

针对氩气泡在板坯连铸结晶器中的运动行为,以190 mm×1 900 mm板坯连铸结晶器原型为研究对象,采用水力学模型及数值模拟的方法,重点研究了拉速为1.7 m/min时不同水口吹气量对结晶器内气泡大小、气泡分布、液面波动、渣-金行为等的影响。研究结果表明:随着水口吹气量增加,气泡尺寸逐渐增加,结晶器窄边气泡数量不断减少,气泡大都聚集在水口附近上浮,水口吹气量是引起乳化卷渣、水口附近液面裸露及卷渣等的主要因素。

连铸结晶器内弥散氩气泡的瞬态运动和捕捉行为

针对连铸结晶器内弥散氩气泡的瞬态运动和捕捉行为,发展了耦合流动-传热凝固-气泡运动的大涡模拟模型,研究了结晶器凝固坯壳内钢液的非稳态湍流场和氩气泡的瞬态运动特征。结果表明,凝固坯壳对结晶器内钢液流场有较大影响,液相区内钢液流动不对称,导致气泡的运动和捕捉位置分布不均匀;小尺寸的气泡更容易运动到液相穴较深的区域;且随着拉速的增加,气泡的穿透深度增大;将使逃逸率和滞留率达到极值时的气泡直径定义为临界直径,本研究中临界气泡直径在0.5~1 mm之间;当气泡直径大于临界气泡直径时,在给定拉速下均有较高的上表面逃逸率,以及较低的坯壳捕捉率和滞留率;而当气泡直径小于临界气泡直径时,坯壳捕捉率和滞留率随着拉速的增大和气泡直径的减小而增大。

电磁驱动旋流下气泡运动行为的研究

将电磁搅拌技术应用到RH真空脱气装置上,结合模型实验和数值模拟研究了电磁驱动旋流下,RH系统上升管内气泡的运动行为.数学模拟和模型实验的结果都给出了旋流场内气泡分布与运动轨迹.气泡运动轨迹为螺旋线形,并在旋流作用下向管子中心处聚集.气泡聚集程度受旋流数影响.旋流还可以延长RH装置内非金属夹杂在RH系统内的停留时间和运动行程,大大增加非金属夹杂物与气泡碰撞、结合的机会,有利于夹杂物的去除.

液态金属中气泡上升的超声波测速实验研究与数值模拟

通过实验研究与数值模拟方法,研究氩气泡在静止非透明金属流体GaInSn中的上升运动.实验研究使用超声多普勒测速仪测量气泡上升速度.数值模拟使用湍流两方程模型,采用VOF方法进行界面捕捉.气泡上升速度的实验结果和数值模拟结果符合较好.大气泡在液态金属中的上升运动为小幅度水平方向振荡上升.

QP钢板坯角部气泡缺陷成因与调控

QP钢作为典型的第3代汽车板用钢,其连铸板坯角部常存在气泡缺陷,进而影响产品质量。通过对现场生产QP钢板坯角部气泡缺陷取样分析以及气体生成热力学计算,明确了QP钢生产过程中角部气泡缺陷的形成原因与机理。研究结果表明,角部气泡大部分为圆形且尺寸较大的氩气泡,少部分为尺寸较小的氮气泡,并排除了CO气泡的存在。在此基础上,通过降低钢液中氮含量、提高钢液过热度、适量降低吹氩流量等优化措施,成功改善并降低了气泡缺陷发生率。经优化,QP钢板坯角部气泡缺陷发生率已由6.62%降低至2.45%,有效地确保了生产的稳定性。

中厚板表面爪型裂纹成因分析

采用扫描电镜及高倍金相分析了具有爪型裂纹板材的成分及金相组织。结合定性分析及对照实验的方法,确定了查找问题原因的方向。通过分析铸坯热送时间与板材爪裂的对应关系,发现了板材爪裂的形成规律。指出在铸坯热送过程中,过饱和碳化物或氮化物的析出,恶化了铸坯的热塑性,最终导致钢板表面形成爪型裂纹缺陷。提出了通过铸坯下线堆冷或适当延长铸坯热送时间来消除此类缺陷的方法。

中厚板带状裂纹分析及研究

针对中厚板材表面带状裂纹这一主要表面缺陷,运用金相分析、扫描电镜和能谱分析等微观检验方法分析了铸坯和板材表面裂纹的微观组织、成分及形态分布,并结合现场实际生产操作及工艺情况进行系统分析。结果表明:中包耐材质量问题造成氩气蹿入结晶器内,导致结晶器流场发生异常,氩气泡及其吸附的夹杂物被凝固坯壳捕获,形成铸坯表面缺陷,导致坯料产生裂纹并且在轧制过程中进一步延伸。

钢包内气泡的形成与运动过程的数值模拟

以钢包精炼底吹氩气过程中氩气泡为研究对象,运用VOF模型追踪氩气与钢液的界面,在层流条件下三维数值模拟了氩气泡的生成和运动过程。采用Tecplot进行模拟结果的后处理,研究了不同气体流量条件对气泡脱离直径的影响以及气泡的运动特性。模拟结果显示,氩气泡的形成历经膨胀、脱离两个阶段,气泡脱离直径随着气体流量的增加而增加,针对2 mm直径的孔口,其鼓泡流量上限为1.325 L/min。气泡从孔口脱离后历经近似球形、扁平的椭球形、规则的椭球形和不规则的球帽形的形状变化;气体流量越大,气泡的变形程度越剧烈,气泡位于钢包高度中上部位置时,全部呈现近似规则的球形,不随流量的改变而改变。

静磁场下气泡在板坯连铸结晶器内运动行为的物理模拟

以水银和氩气作为模拟介质,通过物理模拟研究了高拉速板坯连铸结晶器内电磁制动和水口吹氩耦合作用下的气泡运动和分布行为.采用电阻探针测量了结晶器内气泡的运动和分布情况,分析了磁场、吹氩量等不同工艺参数对气泡占空比、气泡数量和气泡脉冲宽度的影响规律.实验结果表明:在一定的拉速条件下,施加磁场改变了气泡在结晶器内的分布规律,有利于气泡的上浮,降低了气泡在结晶器内的冲击深度,减少了到达结晶器窄面的气泡数量;磁场的施加和吹氩量的增加都使得脉冲宽度较大的气泡数量增多,且主要集中在结晶器1/4宽度和水口之间区域.

吹氩对板坯连铸结晶器流体流动的影响

基于相似理论,利用物理模拟研究了吹氩条件下板坯连铸结晶器内的流场,重点研究了不同水口吹气量对结晶器内卷渣、渣层分布、液面波动、流股冲击深度等的影响.研究结果表明,随着水口吹气量增加,结晶器内的卷渣次数先减少后增加,水口附近的液面波动逐渐增强,流股冲击深度逐渐变浅.

L485M管线钢超声波探伤不合格原因分析及改进措施

用金相显微镜、扫描电镜观察及能谱分析等手段研究了L485M管线钢板超声波探伤不合格的原因,结果表明:钢板靠近上表面3 mm附近的探伤不合缺陷是铸坯皮下氩气泡;钢板心部探伤不合缺陷是氢致裂纹。通过优化连铸、加热、轧制及钢板缓冷等工艺,完全消除了这两类缺陷,有效提高了管线钢探伤合格率。