陈超
- 作品数：21 被引量：25H指数：4
- 供职机构：太原理工大学材料科学与工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金山西省科技重大专项山西省回国留学人员科研经费资助项目更多>>
- 相关领域：冶金工程一般工业技术文化科学理学更多>>
- 废钢在气体搅拌容器中运动融化的水模型实验被引量：6
- 2022年
- 由于经济原因,在炼钢过程如转炉和精炼钢包中,废钢的用量有所增加。废钢在上述反应器中的熔化机理仍然不明确。水模型研究可以直观地模拟废钢的运动和熔化过程。通过水模型实验,以冰球和饱和KCl溶液制成的盐球分别模拟轻、重废钢,研究其在类转炉及钢包中的运动过程和融化规律。结果表明,在本实验中,冷冻时长超过18 h后,冰样的融化时间受影响较小。冰球和盐球融化过程呈球形或椭球形,且其直径随时间呈线性减小。随着熔池温度的提高,冰样融化加快。不同的液面高度及吹气流量会形成不同特征的流场,使冰球与盐球呈现不同的运动规律。冰球的融化时间随液面高度增加而降低,盐球呈先大幅度降低再小幅度增加的趋势。在本研究的吹气流量下,液面高度和直径比为0.94时,盐球的融化时间同比最低。在液面高度较低时(高度与直径比为0.42~0.73),在羽流区上方加入盐球会显著降低融化时间;液面高度较高时(高度与直径比为0.83~1.04),加入位置对融化时间无显著影响。
- 杨荣旺陈超林尧铖赵宇赵健朱江俊杨士舜
- 关键词：废钢水模型
- 交替吹气钢包中示踪剂传输过程的数值模拟被引量：2
- 2023年
- 炼钢生产过程中,改善钢包中的流场对提高钢液纯净度、均匀化学成分和温度、缩短混匀时间有重要的作用。在钢包中进行交替吹气可以改善钢包中的混匀过程。使用STAR-CCM+软件对130 t钢包按1/5比例缩小之后的水模型进行数值模拟研究,探究了在不同时间点进行交替吹气后流场的变化、示踪剂传输过程、混匀时间的变化。研究结果表明:采用交替吹气时最终会形成与单孔吹气呈镜像的流场,达到稳定流场所需的时间在55~76 s之间。交替吹气后,由于惯性,示踪剂仍会以逆时针的环流向钢包表面传输,交替流场形成后,示踪剂以顺时针的主环流进行传输,此时死区位于钢包底部的前下方和后下方。交替吹气的时机会影响示踪剂参与逆时针的惯性引起的环流和参与新流场中顺时针主环流的分配比例。与单孔吹气相比,采用交替吹气钢包顶部监测点的混匀时间有所缩短,底部监测点的混匀时间有所增加。
- 齐红宇陈超薛利强杨荣旺倪培远尹力赋辛毓杰
- 关键词：钢包数值模拟示踪剂流场
- 冰样在钢包水模型中的运动融化及混匀研究被引量：1
- 2023年
- 【目的】钢包冶金中通常加入块状或整袋合金料及石灰辅料,近年来也有企业报道在钢包精炼炉中加入废钢的新工艺,研究上述固态物质在钢包精炼过程的熔化及均匀化机理,能够优化精炼工艺,有利于加快生产节奏。【方法】通过水模型实验,使用冰及盐水溶液制成的冰样来分别模拟轻合金和重合金,研究两种冰样在260 t钢包水模型中的融化、运动及混匀规律,研究温度、底吹气量、液面高度、加入位置等因素对其规律的影响。【结果】结果表明,温度升高可以使两种冰样融化时间大幅度降低。轻质冰样(冰球)通过增加吹气流量可以显著加快其融化过程;液面高度较高时(高径比为1.1),融化时间较短;冰球融化受其加入位置的影响较小。从液面上方远离吹气孔位置加入重质冰样(盐球)后,盐球在钢包底部停留,融化较慢。从吹气孔上方加入盐球时,其与羽流区气泡冲刷机会增加,融化时间缩短。增大气体流量能够缩短盐球的融化时间,液面高度对其影响不大。盐球受到羽流区气泡的冲刷有利于缩短融化时间和混匀时间。
- 朱江俊陈超范晋平李林博陈闽杨慧波林万明
- 关键词：合金钢包水模型混匀
- 底吹钢包水模型中示踪剂传输过程数值模拟被引量：5
- 2020年
- 以钢包水模型为研究对象,用数值模拟方法研究了两类三种示踪剂(数学示踪剂:被动标量,物理示踪剂:纯水和KCl溶液)在流场中的传输过程。结果表明,被动标量和纯水示踪剂的传输规律基本相同;相比前两者,密度大于水的示踪剂(KCl溶液)较快地沿水模型中主循环流向水模型底部传输,并沿水模型底部向气柱和偏心侧区域运动,随后沿偏心侧壁面向上传输至小循环流,但由于偏心侧底部“死区”的存在,示踪剂在此区域停留时间较长,沿偏心侧壁面向上传输过程有所延缓;最终,从水模型中示踪剂质量分数纵截面图和监测点得到的混匀时间均表明,KCl溶液示踪剂较快完成混匀过程。
- 张丹陈超张宇星王社斌
- 关键词：数值模拟示踪剂钢包水模型
- 废钢在底吹反应器中运动熔化及混匀的水模型实验被引量：3
- 2022年
- 通过水模型实验,使用饱和氯化钾溶液制作的冰样模拟重型废钢,研究其在底吹气体搅拌反应器中的运动、融化及溶质的混匀规律。探究了单孔吹气模式下的液面高度、双孔吹气方式下的气体流量等因素对其的影响。结果表明,单孔吹气时,液面高度较低时(液面高度与直径比为0.42),气柱发展不充分,容器内环流较弱,盐球在气柱上下往复运动,融化较为缓慢。随着液面高度增加(液面高度与直径比为1.04),盐球随着环流运动,融化过程加快,按照98%标准得到的KCl的混匀时间甚至低于融化时间。双孔吹气时,A孔气体流量0.8 m^(3)/h不变,B孔气体流量为0.5和1.0 m^(3)/h时,盐球从吹气孔A上方加入后,在容器底部停留一段时间,在60~70 s之后才运动到顶部,沿着环流运动;B孔流量增加至1.5 m^(3)/h时,盐球不会在底部停留,随气柱运动到吹气流量大的一侧的羽流区,其融化过程较快。在双孔吹气方案中,也发现了KCl的混匀时间低于融化时间的规律,这和融化末期盐球质量较小,释放的盐分较少有关。在本研究中,双孔吹气对盐球融化的促进作用不如单孔吹气且流量较大的方案。
- 裴康华陈超赵宇林尧铖杨荣旺朱江俊王涛杨康林万明
- 关键词：废钢水模型混匀
- 高镍316L不锈钢连铸方坯凝固模式及残留铁素体特征
- 2024年
- 奥氏体不锈钢中的残留铁素体对其使用性能有着重要影响,而残留铁素体特征主要与成分、冷却速率和凝固模式有关。研究了高镍含量316L奥氏体不锈钢连铸方坯,其成分位于共晶点附近,凝固模式容易发生改变。采用金相显微镜(OM)、image-pro-plus软件计算等方法,探究316L奥氏体不锈钢连铸方坯沿厚度方向残留铁素体特征及分布规律。结果表明,残留铁素体沿厚度方向呈现短棒状、颗粒状、骨骼状和网状结构,其铁素体分布情况与板坯中“M”形分布相似。铸坯表面到距铸坯表面55 mm处,铁素体体积分数在2%左右波动,在距铸坯65 mm处,铁素体体积分数增加到最高值(4.77%),随后75 mm处铁素体体积分数又突然降低,从75 mm到中心铁素体体积分数有增加趋势。使用电子探针(EPMA)分析发现,Cr、Ni、Mo、Si、Mn等元素都出现了不同程度的微观偏析现象,同时发现由铁素体通过固态相变形成的二次奥氏体还保留部分铁素体的成分特征。使用热力学计算软件(Thermo-Calc)计算了Fe-Cr-Ni三元相图以及铸坯边部和中心的平衡凝固过程,计算结果表明,铸坯边部以FA模式凝固,铸坯中心以AF模式凝固。通过残留铁素体形貌判断的凝固模式与热力学计算结果不同,铸坯在边部和中心以AF模式凝固,在柱状晶区出现了以FA模式凝固的骨骼状铁素体。最后分析了残留铁素体分布的形成机理,表面细晶区铁素体体积分数较少,这是由于表面凝固模式为AF模式;在距铸坯表面65 mm处铁素体体积分数增加到最高值,这是由于凝固模式发生了由AF模式向AF+FA模式的转变;75 mm处铁素体体积分数降低,这是由于凝固模式又转变为了AF模式;从75 mm处到铸坯中心,等轴晶结构和冷却速率降低使得固态相变所需的扩散距离增加,导致铁素体体积分数增加。
- 王洋陈蕾牟望重张政睿王剑陈超
- 关键词：热力学计算凝固模式
- 稀土处理无取向硅钢23W1700冶炼全流程夹杂物分析
- 2024年
- 在无取向硅钢中,微细夹杂物及析出物会严重恶化材料的铁损和磁感应强度。以某企业生产的高牌号无取向硅钢23W1700为研究对象,通过对生产全流程的夹杂物进行研究,采用扫描电子显微镜和能谱仪对夹杂物的形貌、种类和尺寸进行分析并对铸坯中析出相进行计算。结果表明,在无取向硅钢生产过程中,在RH(Ruhrstahl Heraeus)真空精炼处理加铝后,夹杂物主要为Al N,还有少量的Al_(2)O_(3)及其复合夹杂物;RH加稀土后,夹杂物会转变为ReS夹杂物,同时外部包裹少量的AlN夹杂物;加脱硫剂后,主要以小尺寸的Re_(2)O_(2)S为核心且外部包裹AlN的复合夹杂物为主;在中间包浇铸过程中,发现了以ReAlO_(3)或Re_2O_(2)S为核心且外部包裹AlN的复合夹杂物;在铸坯中,发现了球状的MgS,同样发现了与中间包有相同成分的ReAlO_(3)或Re_2O_(2)S为核心的夹杂物,两者只是成分略有差异。在整个冶炼流程中,随着钢液稀土含量的逐步降低,稀土夹杂物的变化趋势主要为ReS→Re_2O_(2)S→ReAlO_(3)。夹杂物平均尺寸主要为2~4μm,其中RH加稀土前夹杂物尺寸最小、RH加稀土后夹杂物尺寸略有增加,RH处理结束后夹杂物尺寸趋于稳定,最终铸坯中夹杂物尺寸为2.9μm左右。利用计算软件Thermo-calc对钢液中夹杂物的析出进行计算,热力学计算结果表明,钢液未凝固时,其夹杂物主要为Al_(2)O_(3),待钢液全部凝固后,会依次析出Ce_(2)O_(2)S、Ce_(2)S_(3)、Al N、Mn S,这也与试验得到的夹杂物类型较为相符。
- 王涛陈超牟望重薛利强曹建其林万明
- 关键词：无取向硅钢稀土夹杂物
- 椭圆钢包内部流场优化与夹杂物去除分析
- 2024年
- 为了提高某厂实际生产过程中夹杂物的去除效率,以某厂220 t椭圆形钢包为原型,在相似原理的基础上建立了相似比为1∶7的水模型,分析了常规的墨水示踪剂传输过程、盐水示踪剂的混匀、渣眼面积所占比例等过程和参数,并创新地采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术研究了油层存在时水模型中的流速变化。同时进行了工业试验,分析不同方案中夹杂物数量密度的变化规律。综合探究了3种方案钢液的流场、混匀过程以及夹杂物去除情况。研究结果表明,从长轴一侧AB孔进行流量为150 L/min的等流量吹气时(方案1),其示踪剂传输过程与偏心单孔吹气情况类似,即钢液通过靠近表面的强循环流进行混匀,且混匀时间为所有方案最低;而其两孔形成的渣眼发生聚合,渣眼面积为所有方案最大。当中心对称呈180°夹角布置的AC孔以150 L/min等流量吹气时(方案2),靠近表面钢液的水平流动有所减弱,钢包整体流速下降,但渣眼面积所占比例依然较高。对于AC孔分别以50、100 L/min差流量弱吹时(方案3),渣眼面积比例大幅度降低,减弱了钢液的二次氧化。因受表面渣层(油层)影响,靠近表面钢液流动有所增强,有利于夹杂物的去除。利用工业试验对比了方案1和方案3,发现相比方案1,延长方案3的软吹时间可明显减少10μm以上夹杂物数量。综上,钢包内钢液混匀和去除夹杂物的效果并不能兼得,还需深入研究。
- 李林博陈超王佳王佳刘涛赵岩松戎志仁
- 关键词：水模型粒子图像测速夹杂物去除
- 《冶金传输原理》课程思政融入方式研究
- 2023年
- 在国家《高等学校课程思政建设指导纲要》指导下,结合冶金工程专业学生学情的情况,依托教学形式和教学方法的合理设计,将课程思政全方位融入《冶金传输原理》课程目标、课程内容、课堂教学、课程考核等环节。深入挖掘课程思政与冶金行业信息、时事结合的教学案例,将思政元素有机融合教学过程环节,提高学生学习主动性,激发学生科技报国的家国情怀和对于行业的使命担当。
- 陈超林万明
- 关键词：课程建设
- MXene/磷化钴复合材料电催化制氢性能研究
- 2023年
- 针对传统电催化剂材料导电性差、活性位点易堵塞等问题,采用高导电性和优异亲水性的二维碳化钛钒(MXene)作为催化剂负载基底,在此基础上与具有高比表面积的金属有机框架衍生的磷化钴结合制备电解水制氢阴极材料。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、密度泛函理论计算(DFT)和电化学测试等手段,研究了复合电极材料的晶体结构、表面形貌特征、活性位点电子结构和电化学特性。结果表明,有机配体中的碳氮元素能有效调节电极材料中活性位点的电子结构,从而改善吸脱附动力学条件;二维MXene进一步降低了电极材料电荷转移电阻,所制备的催化剂在10 mA/cm^(2)电流密度时仅需要114 mV的过电位,且长时间工作后依然保持稳定。研究结果为制备高性能非贵金属析氢催化剂提供了参考和思路。
- 李金洲陈超党杰
- 关键词：电解水电化学性能
