工程科学学报.第43卷.第6期：786-796.2021年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.6:786-796,June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.13.003;http://cje.ustb.edu.cn 卷渣类夹杂物在结晶器钢液中成分转变的动力学模型 王举金)，张立峰1,2)四，陈威》，王胜东1，)，张月鑫)，任英) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，素皇岛0660443)首钢京唐 钢铁联合有限责任公司炼钢部.唐山063200 ☒通信作者，E-mail:zhanglifeng@ysu.edu.cm 摘要国内某厂镀锡板缺陷处夹杂物主要来自结晶器保护渣的卷入，但其成分与结晶器保护渣有明显差别.为了进一步研 究这种成分差别的原因，建立了耦合热力学平衡和动力学扩散的结晶器卷渣类夹杂物的成分转变动力学模型，明确了卷渣类 夹杂物的尺寸和密度对其成分转变的影响规律，并通过对结晶器和液相穴内的钢液流动和夹杂物运动的数值模拟研究了夹 杂物在钢液中的停留时间.结果表明：结晶器保护渣卷人钢液后与钢液不断发生反应，成分会发生明显改变.卷渣类夹杂物 转变为缺陷处夹杂物所需要的时间与夹杂物尺寸以及夹杂物密度有关，夹杂物的尺寸和密度越大，转变为缺陷处夹杂物成分 所需的时间越长.卷渣类夹杂物转变为缺陷处夹杂物所需时间与夹杂物尺寸呈幂函数关系，与夹杂物密度呈二次函数关系 夹杂物在钢液中的平均停留时间随夹杂物直径的增大而减小，并且随着拉速的增大而减小.小尺寸夹杂物一旦被卷入钢液 中，将有充足的时间转变为缺陷处的成分，大尺寸夹杂物在钢液中的平均停留时间小于成分转变时间，但最大停留时间远大 于成分转变所需时间.表明部分大尺寸夹杂物依然具有充足的停留时间转变为缺陷处的成分 关键词卷渣类夹杂物：动力学模型：结晶器保护渣：线状缺陷：镀锡板 分类号TF777.1 Kinetic model of the composition transformation of slag inclusions in molten steel in continuous casting mold WANG Ju-jin,ZHANG Li-feng2,CHEN Wei,WANG Sheng-dong ZHANG Yue-xin),REN Ying 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China 3)Steelmaking Department,Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd.,Tangshan063200,China Corresponding author,E-mail:zhanglifeng @ysu.edu.cn ABSTRACT The inclusions at the defects of tinplate originated from the entrainment of the mold flux,but their composition differed significantly from that of the mold flux.To investigate this difference,a kinetic model was established of the transformation of the composition of the slag inclusions,coupled with the thermodynamic equilibrium and kinetic diffusion.The influences of the size and density of slag inclusions on the variation of their composition were also evaluated.The residence times of the inclusions in the molten steel were studied by simulating the flow of molten steel and the movement of the inclusions in the mold and steel cavity.The results show that after entrainment into the molten steel,the mold flux reacts continuously with the molten steel,which results in a significant change in its composition.The time required for the transformation was related to the diameter and density of inclusions.The larger the diameter and the bigger the density,the longer the time was required for the transformation.The time required for the transformation had a root relationship with the diameter of inclusions,and had a quadratic function with density of the inclusions.The average residence 收稿日期：2020-04-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1860206,51725402,51874032)卷渣类夹杂物在结晶器钢液中成分转变的动力学模型 王举金1)，张立峰1,2) 苣，陈    威1)，王胜东1,3)，张月鑫1)，任    英1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083    2) 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，秦皇岛 066044    3) 首钢京唐 钢铁联合有限责任公司炼钢部，唐山 063200 苣通信作者，E-mail：zhanglifeng@ysu.edu.cn 摘    要    国内某厂镀锡板缺陷处夹杂物主要来自结晶器保护渣的卷入，但其成分与结晶器保护渣有明显差别. 为了进一步研 究这种成分差别的原因，建立了耦合热力学平衡和动力学扩散的结晶器卷渣类夹杂物的成分转变动力学模型，明确了卷渣类 夹杂物的尺寸和密度对其成分转变的影响规律，并通过对结晶器和液相穴内的钢液流动和夹杂物运动的数值模拟研究了夹 杂物在钢液中的停留时间. 结果表明：结晶器保护渣卷入钢液后与钢液不断发生反应，成分会发生明显改变. 卷渣类夹杂物 转变为缺陷处夹杂物所需要的时间与夹杂物尺寸以及夹杂物密度有关，夹杂物的尺寸和密度越大，转变为缺陷处夹杂物成分 所需的时间越长. 卷渣类夹杂物转变为缺陷处夹杂物所需时间与夹杂物尺寸呈幂函数关系，与夹杂物密度呈二次函数关系. 夹杂物在钢液中的平均停留时间随夹杂物直径的增大而减小，并且随着拉速的增大而减小. 小尺寸夹杂物一旦被卷入钢液 中，将有充足的时间转变为缺陷处的成分. 大尺寸夹杂物在钢液中的平均停留时间小于成分转变时间，但最大停留时间远大 于成分转变所需时间，表明部分大尺寸夹杂物依然具有充足的停留时间转变为缺陷处的成分. 关键词    卷渣类夹杂物；动力学模型；结晶器保护渣；线状缺陷；镀锡板 分类号    TF777.1 Kinetic model of the composition transformation of slag inclusions in molten steel in continuous casting mold WANG Ju-jin1) ，ZHANG Li-feng1,2) 苣 ，CHEN Wei1) ，WANG Sheng-dong1,3) ，ZHANG Yue-xin1) ，REN Ying1) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China 3) Steelmaking Department, Shougang Jingtang United Iron & Steel Co., Ltd., Tangshan 063200, China 苣 Corresponding author, E-mail: zhanglifeng@ysu.edu.cn ABSTRACT    The inclusions at the defects of tinplate originated from the entrainment of the mold flux, but their composition differed significantly  from  that  of  the  mold  flux.  To  investigate  this  difference,  a  kinetic  model  was  established  of  the  transformation  of  the composition of the slag inclusions, coupled with the thermodynamic equilibrium and kinetic diffusion. The influences of the size and density of slag inclusions on the variation of their composition were also evaluated. The residence times of the inclusions in the molten steel were studied by simulating the flow of molten steel and the movement of the inclusions in the mold and steel cavity. The results show that after entrainment into the molten steel, the mold flux reacts continuously with the molten steel, which results in a significant change in its composition. The time required for the transformation was related to the diameter and density of inclusions. The larger the diameter and the bigger the density, the longer the time was required for the transformation. The time required for the transformation had a root relationship with the diameter of inclusions, and had a quadratic function with density of the inclusions. The average residence 收稿日期: 2020−04−13 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（U1860206，51725402，51874032） 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期：786−796，2021 年 6 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 6: 786−796, June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.13.003; http://cje.ustb.edu.cn