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[博士论文] 朱万军
钢铁冶金 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:为满足市场对超低碳钢性能的要求,解决实际生产中超低碳、高洁净度、夹杂物以及钢水连浇性控制等方面的难点,本论文以超低碳洁净钢为对象,采用冷态模拟实验、工业试验和现代理化检验等综合手段,对生产流程中转炉复合吹炼、RH真空精炼、Ca处理和CSP钢水连浇性等关键共性技术进行了较为系统深入的研究。其主要研究结果如下:
  (1)研究建立了吹炼前期碳-磷选择性氧化的转变温度、钢中磷含量随碳含量减少的基本关系;通过前期抑制碳氧化优先脱磷及排渣,后期采用少量熔剂控制,生产出了[P]含量≤0.01 wt%的优质钢,为普通转炉采用非三脱铁水生产低磷钢提供了一种解决方案。通过改善冶炼终点熔池过氧化,推导建立了一种支配转炉熔池氧化度的吹炼特征参数,该参数考虑了顶底供气强度、钢中碳含量、熔池CO分压和炉龄的综合影响,可以调整氧在渣-钢之间的分配。
  通过对改进顶枪喷头与底吹元件的改进,以及供氧工艺和底吹流量的优化,供氧时间缩短约1.5min,转炉停吹时钢水的[O]、[P]、[S]含量显著降低。
  (2)通过水模和工业试验,对150 t RH系统钢水的混合、环流及脱碳反应特性进行了研究,包括:用Si-Mn合金首次替代Cu测定新RH装置钢水混匀时间,建立了钢水混匀时间与单位搅拌功率的关系方程以及循环流量与混匀时间的关系方程。考虑熔体搅拌功率和混匀时间的作用,建立了循环流量修正方程,与其它方程相比,新方程可以考虑处理容量、插入管插入深度、真空室钢水高度等操作因素的综合影响。基于钢水环流和扩散传质的共同作用和脱碳反应实际停滞浓度、建立了一种真空脱碳反应速率模型,计算值与测定值相吻合。
  改进试验研究结果表明,前期优化供氧、快速减压,分段控制提升气体流量、增加后期反应界面积、降低脱碳停滞浓度能明显促进脱碳,使生产中超低碳钢[C]含量稳定小于15×10-6。
  (3)通过工业试验考察了吹氧脱碳、铝升温、提升气体流量及造渣对钢水清洁度的影响。基于钢水环流、扩散和氧化渣的影响,建立了一种描述脱氧后钢水T.O量随时间变化的脱氧速率模型,计算值与测定值吻合。结合150tRH建立了精炼过程钢中T.O量预测模型,研究应用结果表明,当钢包渣(TFe+MnO)量≤5wt%,脱氧后真空纯脱气10-12min,并添加CaO-Al2O3-Al或CaO-CaF2熔剂改质条件下,批量处理后钢水T.O≤10×10-6。
  (4)基于钙处理工艺,建立了超低碳高铝专用钢[Ca]、[Al]、[S]、[O]成分之间的热力学平衡关系,并通过试验数据对相关热力学模型进行了验证。通过采用“RH精炼-加铝对渣改质+钙处理”方案,解决了薄板坯连铸超低碳硅钢的连浇性差的问题,首次使CSP产线超低碳钢水连浇炉数突破到10炉以上。
  研究发现,超低碳专用钢钙处理过程夹杂物的变性存在以下机理:钙处理前,钢中夹杂物主要为低Ca含量的钙镁铝或钙硅铝复合氧化物。钙处理后,钢中钙对夹杂物变性占主导,转变为高Ca浓度的CaO-SiO2-Al2O3复合氧化物;随后钙对夹杂物变形逐步达到稳态:外层CaO与内层Al2O3或MgO-Al2O3、Al2O3-SiO2均匀化后,复合夹杂物中CaO含量也有所降低。
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