在鋼鐵冶煉過程中,鋼液對耐火材料的沖蝕是耐火材料損毀的重要因素之一。本文采用高溫鋼液吹入氬氣模擬氣液兩相沖蝕實驗,結(jié)合水模實驗、數(shù)值模擬,研究了氣液兩相流作用下鋼液對鋁鎂系耐火材料的沖蝕行為及其與鋼中夾雜物的關(guān)系,并根據(jù)沖蝕機理分析,建立了沖蝕數(shù)學(xué)模型,為提高耐火材料壽命與鋼質(zhì)量提供指導(dǎo)。論文研究主要得到如下結(jié)論:(1)鋼液對鋁鎂系耐火材料沖蝕速率可表示為沖蝕系數(shù)及耐火材料高溫抗剪切強度有關(guān)的函數(shù)式。結(jié)合高溫鋼液沖蝕實驗、水模實驗與數(shù)模計算,采用量綱分析方法得到了耐火材料沖蝕模型的函數(shù)表達(dá)式。(2)對剛玉質(zhì)、鋁鎂質(zhì)以及鎂質(zhì)耐火材料進行高溫鋼液沖蝕實驗,發(fā)現(xiàn)鋼液對耐火材料的沖蝕從基質(zhì)部位開始,當(dāng)鋼液壁面剪切力大于材料的臨界抗剪切強度時,基質(zhì)被沖蝕掉,基質(zhì)內(nèi)部形成孔洞,鋼液沿著孔洞或裂縫向內(nèi)部滲透;當(dāng)鋼液逐漸沖蝕掉骨料周圍的基質(zhì),使骨料裸露在鋼液中時,骨料剝落。耐火材料沖蝕速率隨著沖蝕時間呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,鋁鎂質(zhì)耐火材料抗沖蝕性優(yōu)于剛玉質(zhì)耐火材料與鎂質(zhì)耐火材料。(3)鋼中夾雜物的數(shù)量隨沖蝕時間逐漸增加,部分小的夾雜物會聚集長大;不同耐火材料受鋼液沖蝕后剝落進入鋼液中會以不同組成的物相存在于鋼液中,對鋼質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。(4)氣泡運動使鋼液在耐火材料試樣表面附近形成氣液混合湍流流動,與吹氬中間包中耐火材料表面附近的湍流流動相似,該試驗方法可用于模擬實際鋼液流動對耐火材料的沖刷磨損。隨著吹氣量的增加,鋼液流動速度逐漸增加,湍流流動加劇,鋼液具有較大的速度和湍動能,在耐火材料表面產(chǎn)生較大的剪切力。根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果,并結(jié)合鋼液沖蝕實驗,獲得了鋼液對鋁鎂系耐火材料沖蝕的關(guān)聯(lián)式。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ175.1
【文章目錄】：
摘要
abstract
前言
第1章 緒論
    1.1 耐火材料與鋼質(zhì)量的關(guān)系
        1.1.1 耐火材料在煉鋼中的作用
        1.1.2 耐火材料損毀及對鋼質(zhì)量的影響
    1.2 沖蝕研究進展
        1.2.1 沖蝕過程及研究方法
        1.2.2 耐火材料沖蝕研究
    1.3 耐火材料對鋼液質(zhì)量的影響
        1.3.1 鋼中夾雜物分類方法及來源
        1.3.2 耐火材料對鋼中夾雜物的作用研究
    1.4 本文研究內(nèi)容及研究方法
第2章 耐火材料沖蝕機理與沖蝕模型
    2.1 沖蝕機理分析
        2.1.1 耐火材料沖蝕類型
        2.1.2 沖蝕機理分析
    2.2 沖蝕模型推導(dǎo)
    2.3 本章小結(jié)
第3章 耐火材料沖蝕實驗及對鋼質(zhì)量的影響
    3.1 實驗
        3.1.1 實驗設(shè)備與裝置
        3.1.2 試樣制備與檢測方法
        3.1.3 實驗過程
        3.1.4 沖蝕與鋼質(zhì)量表征方法
    3.2 鋼液對耐火材料的沖蝕
        3.2.1 耐火材料沖蝕前后物相分析
        3.2.2 吹氣量對剛玉質(zhì)耐火材料的沖蝕
        3.2.3 不同材質(zhì)耐火澆注料的沖蝕
    3.3 耐火材料沖蝕對鋼質(zhì)量的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 耐火材料沖蝕數(shù)理模擬
    4.1 水模實驗
        4.1.1 水模實驗參數(shù)選擇
        4.1.2 模型設(shè)計
        4.1.3 實驗裝置
        4.1.4 實驗過程
    4.2 數(shù)值模擬
        4.2.1 數(shù)學(xué)模型
        4.2.2 邊界條件
        4.2.3 幾何模型與網(wǎng)格劃分
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 模型驗證
        4.3.2 沖蝕實驗中鋼液流場
    4.4 鋁鎂系耐火材料沖蝕模型
    4.5 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張根廣;王新雷;吳彰松;李林林;;泄水建筑物下游沖刷坑二維數(shù)值模擬[J];泥沙研究;2017年03期

2 沈平;張立峰;王祎;楊文;;鋼包渣線鎂碳磚的侵蝕機理分析[J];煉鋼;2016年05期

3 鄭華林;張益維;劉少胡;;水力壓裂沖蝕磨損對連續(xù)管剩余壽命影響研究[J];中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2016年07期

4 劉昱;李光強;楊治爭;饒江平;;中間包涂料對鋼液潔凈度的影響[J];過程工程學(xué)報;2016年02期

5 王少華;彭耐;鄧承繼;祝洪喜;員文杰;宋云飛;;原位反應(yīng)生成Sialon結(jié)合Al_2O_3-C材料的抗渣侵蝕機理[J];硅酸鹽通報;2015年09期

6 武鋒;孫福振;王金星;閆維三;;鋼包耐材對鋼中夾雜物的影響及優(yōu)化[J];河北冶金;2014年08期

7 張艷奎;韓兵強;邱文冬;賀恒星;龔柳百;鄢文;李楠;;不同Al_2O_3含量的鎂鋁尖晶石抗鋼包渣侵蝕性研究[J];耐火材料;2013年02期

8 張美杰;黃奧;顧華志;林小龍;畢思標(biāo);呂潔;尹路;;連鑄中間包用耐火材料沖蝕的數(shù)值模擬[J];特殊鋼;2010年04期

9 黃奧;顧華志;雷明;張美杰;張麗;周雙玲;;精煉鋼包剛玉基耐火材料沖蝕的有限元分析[J];硅酸鹽通報;2010年01期

10 代真;牛曉光;沈士明;;流體力學(xué)因素對空冷器沖蝕影響的定量分析[J];石油化工高等學(xué)校學(xué)報;2007年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陶紹平;鋼包內(nèi)襯用MgO基和Al_2O_3基耐火材料對鋼質(zhì)量的影響研究[D];鄭州大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 邵東;煤化工管道沖蝕磨損數(shù)值模擬研究[D];華東理工大學(xué);2016年

2 張博杰;水流作用下海上風(fēng)機樁式基礎(chǔ)局部沖刷三維數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2012年

3 葉超;鎂鋁質(zhì)鋼包精煉用耐火材料與鋼液相互作用的基礎(chǔ)研究[D];北京科技大學(xué);2008年

4 黃群新;鐵水噴鎂脫硫工藝優(yōu)化水模實驗研究[D];武漢科技大學(xué);2006年

5 胡水;耐火材料高溫耐沖蝕磨損性能試驗方法研究[D];西安建筑科技大學(xué);2005年

6 董剛;材料沖蝕行為及機理研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2004年

本文編號：2873192