12月17日简报——先进冶炼、连铸工艺及装备技术
发布人：Super User 发布时间：2015-12-17 浏览次数：1491大中小
2015年12月17日，先进冶炼、连铸工艺及装备技术方向在冶金馆313室举行了年度汇报总结会，汇报总结会由方向首席朱苗勇教授主持。会上，共有19位学生汇报了各自在2015年度的科研工作进展及目标完成情况，主要取得的科研工作进展如下。
1、程中福
本年度主要围绕钢包底喷粉精炼新工艺底喷粉元件设计改进及喷吹参数开发开展研究工作。基于颗粒-壁面相互作用理论，针对底喷粉元件粉气流输送不稳定、易堵塞等问题，建立了描述底喷粉元件粉气流输送规律的数学模型，针对底喷粉元件使用过程当中易磨损的问题，建立了预测磨损深度和磨损位置的数学模型，掌握了底吹喷粉工艺参数，并对底喷粉元件设计进行了改进，开发了适用于不同精炼条件下的钢包底喷粉元件，在现场开展了底喷粉高温热态实验，并检验了底喷粉元件的抗渗透性能，完善了钢包底喷粉元件的设计理论。
2、王卫领
本年度主要围绕Fe-C合金二维与三维枝晶生长的描述与动态轻压下技术的实践开展研究工作，首先开发了Fe-C合金二维枝晶生长的CA(元胞自动机)-FVM(有限体积法)模型，描述了溶质浮力作用下枝晶迎流生长与二次枝臂不对称发展现象。然后，开发三维CA-FVM模型，首先基于块修正与并行计算技术，大幅提升了三维计算的效率，着重分析了过冷度、界面各向异性与强制对流对Fe-C合金等轴晶二次枝臂形成与发展的影响规律，预测了定向凝固柱状晶形貌与二次枝臂间距。另外，通过东北大学动态轻压下模型改善了攀钢西昌钢钒板坯的中心质量，并完成了模型的在线应用相关工作。
3、孔令种
本年度围绕高锰海洋平台用钢冶炼与连铸生产，展开了相关研究工作，整体上顺行了高锰海洋平台用钢转炉冶炼与合金化工艺流程，进行了高锰海洋平台用钢转炉冶炼、合金化、钢/渣界面反应行为研究和高锰钢真空精炼过程Mn气化行为规律及控制工艺等方面，获得了高锰钢工厂试制的相关工艺参数，在此基础上，制定了鞍钢高锰海洋平台用钢冶炼与连铸高效化生产主要工艺路线，并开展了高锰钢冶炼与连铸工业化试制，生产出质量合格的高锰钢连铸坯。
4、周业连
本年度主要围绕非金属夹杂物穿过钢渣界面的过程，通过夹杂物-钢液-顶渣体系的物理模拟，研究了不同吹气量下夹杂物的去除程度，得到了不同界面变形下渣层吸收夹杂物的方式；基于对作用在夹杂物上曳力、浮力、附加质量力和毛细作用力的分析，建立了夹杂物分离过程的数学模型。采用该模型研究了夹杂物形状、尺寸和密度，顶渣密度和粘度及各相间界面张力对夹杂物分离过程的影响。得出了顶渣粘度，夹杂物形状和各相间界面张力是该过程最主要的影响因素，其次为夹杂物的密度和尺寸，而顶渣密度对该过程的影响可忽略不计。
5、徐绵广
本年度主要围绕双辊薄带连铸过程传输现象，首次在国际上采用耦合模型对比了双辊薄带连铸钢和铝的区别，发现了楔形区，定义了离心力搅拌效应，描述了凝固前沿特征；首次在国际上采用大涡方法描述了双辊薄带连铸过程的瞬态行为，发现了卡门涡街导致的结晶辊表面速度波。根据所研究结果，首次在国际上提出水口设计的两个基本原则，并根据该准则发明了一种新型水口。
6、汪兴楠
本年度主要围绕铁矿的闪速熔炼技术开展研究工作。铁矿的闪速熔炼取消了炼焦、烧焦、造球与烧结过程，而减少了环境问题，并节约能源，因此具有很大的研究意义。本年度通过对闪速炼铁相关文献进行总结，掌握闪速炼铁的研究进展，在此基础上提出新的研究思路。并对炼铁过程中发生的反应进行分析，利用HSC热力学计算软件，确定适宜的研究温度范围及气氛。结合文献总结与热力学分析，制定主要的实验方案，并对实验的可行性进行分析。通过实验研究，探究闪速炼铁的可行性，为建立闪速炼铁新理论与新方法提供坚实理论基础。
7、贾雄飞
本年度主要围绕对不同合金元素耐候钢在海岸工业大气环境中的耐腐蚀性能开展研究。通过室内加速腐蚀实验结合实地曝晒实验，对比分析不同合金元素对耐候钢在海岸工业大气环境中耐腐蚀性能的影响，研究合金元素在Cl-1和SO2协同作用下对锈层的生成、结构的演变及电化学特性的作用机理；研究Cl-1和SO2协同作用下耐候桥梁钢的锈层演变行为，并从锈层组成、电化学等角度揭示Cl-1和SO2对耐候桥梁钢耐腐蚀性能影响的协同作用机理。
8、刘航
本年度主要结合唐山钢铁集团中厚板厂3#板坯连铸机的结构参数和冷却条件，根据温度场和电磁场的基本理论，在合理假设、简化的基础上，建立连铸过程凝固传热数学模型和二冷区电磁搅拌数学模型，分别研究铸坯表面温度分布和变化规律，电磁搅拌辊附近铸坯的坯壳厚度和液相区宽度，不同电磁搅拌参数下电磁场和搅拌流场的分布特征及液相穴内部流动情况，从而为电磁搅拌参数的制定提供依据，有效的增大等轴晶率、减轻中心偏析等不良缺陷，降低白亮带的生成概率。
9、汪宁
本年度主要围绕结晶器内液态保护渣的流动分布和消耗机理，将理论和试验相结合，对前人研究的不足进行改进，深入探讨保护渣的消耗机理，通过理论计算和分析，描述了保护渣在渣道内消耗过程，讨论了保护渣的流入和消耗时间段，并通过对不同参数的研究，确定影响保护渣消耗的主次因素。通过开展冷态模拟试验，研究了保护渣在整个渣道平面上的流动和分布，分析了不同影响因子对保护渣消耗量的影响、保护渣道内的压力分布以及保护渣在渣道内的流动和分布情况，为深入研究结晶器内传热、铸坯和结晶器壁摩擦机理、铸坯初始裂纹和振痕形成提供理论依据和指导。
10、左晓静
本年度主要围绕不同连铸工艺参数对方坯初始凝固的影响，计算了连铸坯初始凝固坯壳受力扰动情况，初步阐明连铸坯表面及皮下初始缺陷的形成机理。此外，本研究利用CA-FE耦合模型模拟实际连铸过程结晶器内方坯的初始凝固行为，初步得出特定工艺参数下连铸坯微观组织形貌并将进一步着眼于实际工艺与微观参数的结合，分析连铸坯凝固进程中微观组织形貌衍变进程与实际工艺参数的关系。研究以减小连铸坯初始凝固进程中坯壳产生的缺陷为目标，以期通过合理设定连铸参数，得到优化质量的连铸坯壳。
11、王磊
本年度主要围绕大方坯凝固末端压下过程两相区的变形开展研究工作，从连铸凝固传热和弹塑性变形出发，在合理简化的条件下利用商用有限元软件MSC.MARC建立凝固过程热-力耦合有限元模型。研究分析不同工况条件下，大方坯凝固过程温度场变化、坯壳及液芯生长和两相区变化等热行为规律、坯壳凝固收缩与应力演变规律等。为制定合理的二冷配水制度、辊缝制度，以及其他改善铸坯质量的工艺提供数据支撑，为最大程度地防止或减轻裂纹的发生提供理论依据。
12、冯艺
本年度主要围绕连铸包晶钢的凝固微观组织开展研究工作。首先采用枝晶腐蚀实验，研究连铸包晶钢“漏钢”坯壳凝固组织。通过分析“漏钢”前后坯壳凝固组织变化的临界位置，确定初始凝固坯壳厚度。其次通过原位观察实验研究包晶钢凝固过程铁素体长大，包晶相变，包晶转变等界面移动动力学参数。最后结合枝晶腐蚀实验和原位观察实验数据，建立连铸过程包晶钢凝固相变模型。该模型的建立将有助于探究凝固缺陷产生的机理，实验结晶器内的控制浇注，最终提高包晶钢质量。
13、牛振宇
本年度主要围绕微合金钢裂纹控制工艺展开研究，系统分析了角部横裂纹的形成原因，阐明了先共析铁素体膜的形成机理，建立二冷区温度场测算有限元模型，制订了新的二冷区工艺参数，在唐钢及敬业钢铁实施了二冷区改造，并进行了生产实践，取样、分析、检测，实现了对裂纹的有效控制和晶粒超细化，显著提高金属收得率。
14、刘建斌
本年度主要围绕U75V重轨钢中硫化锰夹杂物在热处理条件下变形行为开展研究工作，通过对U75V重轨钢进行热处理对夹杂物周围贫化区的影响进行研究，在钢液凝固和随后的冷却过程中,因溶解度的降低,MnS从基体中逐渐形成和长大。但由于冷速的限制,实际情况远离平衡,夹杂物中的MnS的溶解度没有达到饱和,而基体中的锰和硫过饱和,因而出现锰和硫元素向夹杂物扩散。扩散过程在界面进行得最快,而在基体和夹杂物内部很慢,造成MnS在夹杂物表面的聚集,在夹杂物周围因为锰原子的输送不及时形成了Mn元素的贫化区。
15、杨建宽
本年度主要围绕环钢包出钢口吹氩降低漩涡高度新工艺的渣金界面行为及一种大型钢锭真空浇铸新工艺的脱氢行为开展研究工作。对于前一种工艺，基于相似原理，建立了连铸钢包浇注过程的物理模拟系统，揭示了卷渣行为随吹气量、渣层厚度以及初始吹气高度的变化规律，并提出了避免渣金卷混的优化工艺参数，为该新工艺的开发提供理论指导。后一种工艺是一种真空浇注高洁净大型钢锭新工艺，钢液通过一个设计好的液滴生成元件后以小液滴的形式落入真空钢锭模内，有很好的脱氢效果。对于该工艺，通过查阅相关的国内外文献，从理论上初步分析了新工艺下的真空脱氢行为特点，为下一步深入开展该新工艺的脱氢行为机理研究奠定了基础。
16、张鼎瑞
本年度主要围绕中间包控流工艺、LF吹氩去夹杂工艺及浇注钢包环出钢口吹氩新工艺的去夹杂行为开展研究工作。对于中间包控流工艺，利用数值模拟和物理模拟，考察了不同控流方案下钢水的流动特性并提出优化的中间包控流方案，为现场中间包控流内腔改造提供技术支持；对于LF吹氩工艺，对夹杂物行为进行了物理模拟研究，阐明了不同工艺参数对夹杂物去除的影响规律，该研究为建立合理的LF吹氩去夹杂工艺提供了理论指导；对于浇注钢包环出钢口吹氩新工艺，通过查阅相关文献，在较深入了解夹杂物去除机理基础上，初步探讨了该新工艺下夹杂物数学模型的建立，为进一步研究该新工艺下夹杂物的去除行为机理奠定了基础。
17、李中阳
本年度主要围绕LF精炼工艺的混匀行为及金属液滴穿越精炼渣层真空浇注高洁净大型钢锭新工艺的脱氧、脱硫行为开展工作。对于前一个工艺，基于相似原理，建立了1:5钢包物理模拟系统，通过物理模拟实验研究了LF钢包吹氩精炼过程混匀特性，揭示了气量、合金加入位置对LF内混匀效果的影响规律并提出了优化的混匀搅拌工艺参数，为LF精炼工艺优化提供理论指导；对于后一个工艺，通过查阅国内外文献，初步确定了高洁净钢锭新工艺真空浇注所需精炼渣系的成分以及碱度范围，了解了金属液滴生成元件设计的相关知识，为接下来研究精炼渣的冶金性能，以及进一步研究金属液滴穿越精炼渣层的脱氧、脱硫机理以及其动力学奠定了基础。
18、王磊
本年度主要围绕用来计算热物性参数的微观凝固模型为主要研究工作，通过Y . Ueshima等提出的横断面为正六边形的枝晶凝固模型为基础，根据菲克第二定律和质量守恒定律，同时考虑凝固相变和MnS夹杂物的析出，建立了连铸坯固液两相区溶质微观偏析模型，并研究连铸坯固液两相区内溶质元素的偏析情况。改进模型的初始条件，在模型中加入变冷速和向外扩散，使模型更符合实际过程。将改进的微观模型和宏观传热、传质模型耦合，根据Thomas的文章对热物性参数进行准确计算，并应用于确定两相区的准确位置，从而实现连铸模型的实时预测开发。
19、李勇鑫
本年度主要围绕配合研发新一代钢包底喷粉工艺开发。通过研发新一代钢包底喷粉工艺新技术并加以热态实验，研究其底喷粉脱硫动力学。通过研究钢包底喷粉过程中气-液-粉多相流传输行为，揭示了底喷粉剂在钢包内的传输、碰撞聚合及去除行为规律，以及各个脱硫反应机制等对钢液脱硫效率的贡献。通过研究微合金钢中微合金元素的热力学和动力学行为，控制微合金元素在连铸生产过程中析出行为来控制铸坯表面组织，防止微合金化钢连铸坯生产过程中连铸坯表面横向裂纹尤其是角部裂纹的产生。
