【CN109785907A】一种钢液凝固过程中TiN夹杂物析出情况的预测方法【专利】
一种结晶器内钢液流动的预测方法[发明专利]
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专利名称：一种结晶器内钢液流动的预测方法专利类型：发明专利
发明人：罗森,王鹏,刘光光,王卫领,朱苗勇
申请号：CN201911050761.7
申请日：20191031
公开号：CN110929385A
公开日：
20200327
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及冶金连铸技术领域，提供一种结晶器内钢液流动的预测方法。
首先收集待研究钢材的物性参数、各成分所占比重数据；然后根据收集的物性参数数据及LBM模型，计算结晶器内的钢液流动状态：基于LBM模型将钢液流动过程分解成碰撞和迁移两个部分，基于D2Q9模型和BGK模型计算钢液流动的控制方程；对节点的动量分布函数值进行迁移，并在迁移之后施加边界条件，得到各节点的流体速度；最后编写程序代码，设定边界条件及控制条件，运行程序，输出各节点的流体速度，将输出转化为图像形式，得到结晶器内的钢液流动状态。
本发明能够再现结晶器内钢液流动的过程，且提高结晶器内钢液流动预测的精准度。
申请人：东北大学
地址：110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
国籍：CN
代理机构：沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：梁焱
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一种预测焊丝钢中tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺
预测焊丝钢中Tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺一、背景焊丝钢是一种常用的金属材料，广泛应用于建筑、制造、航空等领域。
然而，焊丝钢中的夹杂物会影响其性能和质量，其中Tin夹杂物是最为常见的一种。
因此，预测Tin夹杂物在焊丝钢中的析出是非常重要的。
本文将介绍一种预测Tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺。
二、预测Tin夹杂物析出的方法Tin夹杂物的析出与焊丝钢中的铁素体相变有关。
在焊丝钢的生产过程中，铁素体相变的温度和时间会影响Tin夹杂物的析出。
因此，预测Tin夹杂物析出的方法主要是通过模拟焊丝钢的生产过程，确定铁素体相变的温度和时间，从而预测Tin夹杂物的析出。
具体来说，预测Tin夹杂物析出的方法包括以下步骤：1. 确定焊丝钢的成分和热处理工艺。
2. 利用热力学软件（如Thermo-Calc）计算焊丝钢的相图和相变温度。
3. 利用热传导软件（如COMSOLMultiphysics）模拟焊丝钢的加热和冷却过程，确定铁素体相变的温度和时间。
4. 根据Tin夹杂物的析出机理，预测Tin夹杂物的析出量和分布。
5. 对比实验结果和预测结果，验证预测方法的准确性。
三、焊丝钢生产工艺焊丝钢的生产工艺包括原材料配料、熔炼、铸造、轧制、退火等环节。
其中，熔炼和铸造是影响焊丝钢质量的关键环节。
1. 熔炼熔炼是将原材料熔化并混合的过程。
在熔炼过程中，应注意保持熔体温度稳定，控制熔体中的氧化物含量，避免夹杂物的形成。
2. 铸造铸造是将熔化的金属注入模具中，冷却后得到所需形状的过程。
在铸造过程中，应注意控制铸造温度和速度，避免夹杂物的形成。
3. 轧制轧制是将铸造后的坯料加工成所需形状的过程。
在轧制过程中，应注意保持轧制温度稳定，控制轧制速度和压力，避免夹杂物的形成。
4. 退火退火是将焊丝钢加热到一定温度并保持一定时间，使其内部结构发生变化的过程。
在退火过程中，应注意控制退火温度和时间，避免夹杂物的形成。
四、结论预测Tin夹杂物析出的方法可以有效地预测焊丝钢中Tin夹杂物的析出量和分布，为焊丝钢的生产提供了重要的参考。
一种预测焊丝钢中tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺
一种预测焊丝钢中tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺预测焊丝钢中Tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺主要涉及以下几个方面：夹杂物预测方法、焊丝钢生产工艺流程、熔炼和压延工艺控制等。
一、夹杂物预测方法：1. 理论计算法：根据焊丝钢的成分和工艺参数，通过数学模型计算Tin的溶解度和析出行为，预测可能形成的夹杂物数量和大小。
2. 实验方法：通过焊丝钢试样进行真空传热扩散实验，测定Tin在焊丝钢中的溶解度，并结合焊丝钢的熔炼和制备工艺参数，分析Tin的析出行为，从而预测夹杂物的生成情况。
二、焊丝钢生产工艺流程：1. 原料选用：选择高纯度的钢铁原料，并控制其成分，降低Tin的含量。
2. 熔炼工艺：将原料加入熔炉中进行脱氧、脱硫等熔炼处理，降低Tin的含量。
3.铸锭制备：将熔融金属浇铸成锭，通过控制冷却速度和结晶条件，减少夹杂物生成。
4.压延工艺：将铸锭加热至热轧温度，通过轧制和拉伸过程，进一步减少夹杂物数量和尺寸，提高焊丝钢的均匀性和纯净度。
5.控制工艺参数：对于可控工艺参数，如温度、时间、压力等，进行严格控制，确保焊丝钢的质量和纯度。
三、熔炼和压延工艺控制：1. 熔炼工艺控制：合理控制熔炼温度、炉压、熔炼时间等参数，使熔炼过程中的温度和压力达到理想状态，减少Tin的挥发和氧化。
2. 熔炼过程中调整工艺参数的同时，要控制炉渣的成分和性质，以保证对Tin的捕捉和析出。
3. 在压延工艺中，通过选取合适的工艺参数，如温度、压力、轧制速度等，控制Tin的析出行为，减少夹杂物生成。
总结起来，预测焊丝钢中Tin夹杂物析出的方法和焊丝钢生产工艺主要包括夹杂物预测方法、焊丝钢生产工艺流程和熔炼和压延工艺控制等方面。
通过合理的工艺设计和控制，可以降低Tin的含量并控制夹杂物的生成，提高焊丝钢的质量和纯度。
轴承钢中TiN夹杂的形成机理及控制措施
轴承钢中TiN夹杂的形成机理及控制措施李广帮;魏崇一;贾吉祥;郭庆涛【摘要】针对鞍钢股份有限公司炼钢总厂轴承钢中存在大颗粒TiN夹杂物的问题,分析了TiN夹杂析出的热力学条件.通过优化转炉及精炼操作、加强连铸保护浇铸、控制钢铁料及合金料中的钛含量、优化钢中酸溶铝及精炼渣中氧化钛的含量,最终将轴承钢中的氮含量由0.0050％降至0.0038％,钛含量由0.0045％降至0.0013％.【期刊名称】《鞍钢技术》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】4页(P24-27)【关键词】转炉;轴承钢;TiN夹杂【作者】李广帮;魏崇一;贾吉祥;郭庆涛【作者单位】鞍钢集团钢铁研究院,辽宁鞍山 114009;鞍钢集团钢铁研究院,辽宁鞍山 114009;鞍钢集团钢铁研究院,辽宁鞍山 114009;鞍钢集团钢铁研究院,辽宁鞍山 114009【正文语种】中文【中图分类】TF701轴承钢经加工、热处理等工艺制成套圈及滚动体，轴承在使用过程中条件非常苛刻，这就要求严格控制钢中夹杂物、气体及有害元素的种类及含量［1］。
随着铸坯凝固前沿钢液温度的降低，从钢液中析出的氮形成AlN及TiN夹杂，由于钛与氮有极强的亲和力，多形成TiN、Ti（CN）夹杂。
在轴承钢中氧含量逐渐降低的情况下，由于TiN比较粗大且坚硬，呈棱角状，所以TiN对轴承钢疲劳寿命的影响非常严重。
Yang等研究了TiN在凝固过程中的析出行为［2］，Pak等对TiN的生成热力学进行了分析、计算和实验研究［3］，但未对轴承钢工艺流程中各个工序的钛、氮控制进行研究。
鞍钢股份有限公司炼钢总厂在生产轴承钢时，发现在轧制后成品钢材中存在大颗粒的TiN夹杂物，这种硬而脆的夹杂物对钢材后续加工和使用时均产生不良影响。
本文通过热力学计算研究了轴承钢凝固过程中TiN的析出行为，并提出相应的氮、钛控制措施，以降低钢中的氮、钛含量，抑制TiN夹杂的生成，提高轴承钢的质量。
1 TiN析出热力学分析在轴承钢冶炼过程中，钢中的钛、氮反应热力学方程［4］如下：式中，ΔG0为标准自由能，kJ/mol；T为标准温度，K。
一种钢液中夹杂物捕集器及夹杂物去除方法[发明专利]
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专利名称：一种钢液中夹杂物捕集器及夹杂物去除方法专利类型：发明专利
发明人：黄玉平,唐雪峰,廖相巍,郭庆涛,贾吉祥,常桂华申请号：CN201410282926.4
申请日：20140623
公开号：CN105234360A
公开日：
20160113
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种钢液中夹杂物捕集器及夹杂物去除方法，捕集器包括捕集管、挡渣环、定位盘、进气接口及出气接口；捕集管由内层钢管和外层耐火材料组成，耐火材料外壁上布有沟槽，内层钢管形成冷却气体通道，捕集器整体呈栅栏形，捕集管进、出气端分别安装有挡渣环、定位盘及进、出气接口。
将安装到中间包盖上的捕集器悬空于坝和堰之间或浸入式水口上方，与中间包一起烘烤1～2小时。
浇注前连接好捕集器进、出气管路，开浇后30秒内向捕集管内输入冷却气体，并调节冷却气体流量；浇注结束后将捕集器与中间包盖一起吊起备用。
本发明可大幅度降低钢液中的夹杂物含量，使钢液纯净化。
同时，减小水口堵塞的可能性，防止或减轻浇注卷渣。
申请人：鞍钢股份有限公司
地址：114021 辽宁省鞍山市铁西区鞍钢厂区内
国籍：CN
代理机构：鞍山华惠专利事务所
代理人：赵长芳
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一种金属液凝固过程中预测缩孔的方法[发明专利]
![一种金属液凝固过程中预测缩孔的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e8d80f8c9b6648d7c1c746f5.png)
专利名称：一种金属液凝固过程中预测缩孔的方法专利类型：发明专利
发明人：郝良品,孙亚轩,吴波
申请号：CN201010216427.7
申请日：20100628
公开号：CN102294466A
公开日：
20111228
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种金属液凝固过程中预测缩孔的方法，包括：(1)获取金属液的温度场数据；(2)选取进行预测的单元为当前单元，结合所述温度场数据，获取当前单元的粘度μ，并获取补缩距离d和临界粘度μ；(3)根据获得的μ、d以及μ，按照判据：μ≥μ·e进行判断，如果满足上述判据，可判断当前单元为缩孔单元；其中，e为自然对数底。
该方法对合金液凝固过程缩孔预测的精度高，并且应用范围广。
申请人：比亚迪股份有限公司
地址：518118 广东省深圳市坪山新区比亚迪路3009号
国籍：CN
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其中 ，(fS) x和(fS) y分别表示固 相率在x轴和y轴上的一阶偏导 ；(fS) xy为固 相率在xy轴上 的混合偏导；(fS)xx和(fS)xx分别为固相率在x轴和y轴上的二阶偏导；
固液界面法向与生长方向的函数 如下公式所示：
其中，θ和 分别为界面生长法向和择优生长方向与x轴正方向的夹角， 如下公式所 示：
几个量级，故忽略固相中的溶质相互作用，固相和液相的溶质传输分别采用如下公式进行 计算：
其中 ，cL ，i、cs ，i分别表示液 相和固 相中元素i的 浓度 ；DS ，i为元素i在固 相基体中的 传输 系数；i＝1，2，3 ...n-1，n为钢液中元素的总个数，第n个元素表示溶剂； 表示液相中 Darken系数矩阵，为简化计算假设基体中x轴和y轴方向 取值相同，利用下式求解：
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910078995 .6
(22)申请日 2019 .01 .28
(71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号
(72)发明人 高晓晗 孟祥宁 朱苗勇 崔磊 黄烁
(74)专利代理机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109
线温度；ΔTc为成分过冷，其考虑了所有合金成分的影响，由下式求得：
其中，mL，i为元素i的液相线斜率； 表示元素i的液相浓度； 为元素i的固液界面前沿 浓度；
凝固界面曲率过冷ΔTr由下式表示：
其中，Γ为Gibbs-Thomson系数； 为固液界面曲率， 向的函数；
固液界面曲率 如下公式所示：
表示固液界面法向与生长方
其中 ，t为时间 ，ρ为基体密度 ，x和y分别为网格在x和y方向的 宽度 ，满足x＝y ，λ为导热
系数 ，T为元胞温 度 ，cp为基体比 热容 ，fs为元胞固 相率 ，L为潜热 ，
分别为左
边界、右边界、上边界和下边界四个方向的热流密度； 液相中考虑了溶质之间的相互作用对枝晶的生长，由于固相中的溶质传输比液相中小
假设固液界面处于热力学平衡状态，界面处满足溶质分配定律：
3
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根据界面处溶质守恒定律，在热力学平衡状态下界面胞的生长速度按下式求解：
其中 ，右边的
为溶质传输项，其只考虑液相溶质间相互作用对枝晶
生长的影响；vn表示界面胞凝固前沿生长速度； 表示界面生长方向，如下公式所示：
其中， 表示跟踪元素k的扩散系数。
3 .根据权利要求2所述的一种钢液凝固过程中TiN夹杂物析出情况的预测方法，其特征
在于：所述步骤2 .2的具体方法为：
固液界面的移动由固液界面前沿的浓度差和过冷度驱动，枝晶尖端过冷度利用下式计
算：
ΔT＝ΔTc+(ΔTbulk-ΔT1)+ΔTr
(8)
其中 ，ΔTbulk为凝固前沿的液相温度 ；ΔT1＝1563-78[％C]-90[％N]-20[％Ti]为液相
代理人 刘晓岚
(51)Int .Cl . G16C 10/00(2019 .01) G16C 20/30(2019 .01)
(10)申请公布号 CN 109785907 A (43)申请公布日 2019.05.21
( 54 )发明 名称 一种钢液凝固过程中TiN夹杂物析出情况的
预测方法 ( 57 )摘要
通过求解出的界面胞凝固前沿生长速度，单位时间步长内界面胞的生长通过固相率增 加来计算，如下公式所示：
其中， 和 分别为上一时刻和这一时刻的元胞固相率；Δt为单位时间步长； 表
示沿 方向穿过元胞中心的单位长度；Δx＝1μm为网格单元长度；θ表示枝晶生长方向和x
轴方向的夹角。
4 .根据权利要求3所述的一种钢液凝固过程中TiN夹杂物析出情况的预测方法，其特征
权利要求书4页 说明书11页 附图3页
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1 .一种钢液凝固过程中TiN夹杂物析出情况的预测方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1、收集钢种成分及凝固条件； 步骤2、基于金属凝固理论对钢液凝固过程中的晶核形成及生长过程建立Fe-C-Ti-N四 元合金凝固过程中TiN析出的数学模型，具体方法为： 步骤2 .1、计算钢液凝固过程中热和溶质的传递； 步骤2 .2、计算钢液凝固过程中界面胞的生长； 步骤2 .3、计算钢液凝固过程中的TiN形核与生长； 步骤3 、根据浇铸温 度、钢种成分 、冷速连铸工艺条件 ，通过建立的 TiN析出数学模型对 TiN的析出规律进行预测，并利用数据分析和可视化处理软件图像化显示TiN的析出位置、 大小、形状和尺寸，以及定量化TiN析出的数量。 2 .根据权利要求1所述的一种钢液凝固过程中TiN夹杂物析出情况的预测方法，其特征 在于：所述步骤2 .1的具体方法为： 所述TiN析出数学模型中热传递采用如下公式计算：
在于：所述步骤2 .3的具体方法为：
对TiN析出的 模拟计算基于以 下假设 ：钢中析出的 TiN不含有其他 相 ；仅考虑液 相中的
其中 ，R表示气体常数 ，ak表示元素k的活度 ，xk表示元素k的 摩尔分数 ，xj表示元素j的 摩
2பைடு நூலகம்
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尔分数，δki表示Kronecter delta函数，当k＝i时，δki取1，否则δki取0；Mk表示元素k在体系 中的迁移率，其根据爱因斯坦公式求解，如下公式所示：