王敏等：钢中非金属夹杂物形态对其去除行为的影响 ·39· 99 3结论 (1)颗粒的阻力系数与上浮去除的难易程度直接 相关，而形状修正系数与阻力系数满足线性正相关，通 8 过测定粒子形状修正系数可以判断钢中不同形状夹杂 28 物的上浮去除能力 (2)粒子表面形貌会增加粒子的形状修正系数， 光滑表面球形的形状系数为1，球形表面粗糙度增加1 倍后，粗糙表面球形颗粒的形状修正系数为光滑表面 9配 球形的3.1倍.简单粒子的运动取向对粒子形状修正 系数影响较小，形貌取向差异大的复杂粒子的形状修 正系数与运动取向相关.树枝状颗粒水平上浮时其形 21 状修正系数均值为1.68，垂直上浮时则增加到3.15. (3)同体积大小的相同类型夹杂物粒子上浮的难 66 易程度依次为树枝状（垂直）>粗糙球形>立方体> 圆柱1（半经6mm)>圆柱2（半经4mm)>树枝状（水 平)>团簇状（水平）>光滑球形. 881 (4)钢液中夹杂物粒子上浮的难易程度与夹杂物 -2 的类型（密度，液相/固相）、体积（尺寸）、形状及运动 -9 取向和表面形貌相关.大尺寸的固相和光滑表面的团 -9 簇或球形夹杂物更容易上浮去除，棒状和树枝状则存 在运动取向的问题，上浮效果受到一定影响. 图10垂直运动时粒子的上浮轨迹 参：考文献 Fig.10 Track of a dendritic particle during vertical floatation [1]Wang M,Bao Y P,Yang Q.Effect of ferro-titanium alloying 关：夹杂物的类型（密度，液相/固相）、体积（尺寸）、形 process on steel cleanness.J Unir Sci Technol Beijing,2013,35 状及运动取向和表面形貌.同类型粒子在体积相同的 (6):769 情况下，其形状系数越小越容易上浮，粒子的形状、运 (王敏，包燕平，杨荃.钛合金化过程对钢液洁净度的影响 北京科技大学学报，2013,35(6)：769) 动取向及表面形貌则与粒子形状系数直接相关，粗糙 [2] Matsunaga H,Komata H,Yamabe J.et al.Effect of size and 的表面会增大粒子形状修正系数：同类型粒子在形状 depth of small defect on the rolling contact fatigue strength of bear- 系数相同的情况下，其体积越大越容易上浮：同一形状 ing steel JIS-SUJ2.Procedia Mater Sci,2014,3:1663 及表面特征粒子在体积相同情况下，粒子与流体的密 B3]Guo L F.Li H,Wang Y.Quantitative description of morphology 度差越大越容易上浮，且固相夹杂与钢液不润湿比液 characteristics of inclusions in steel and its relationships with float- 相夹杂更容易上浮.根据脱氧条件的不同，脱氧产物 ing velocity.Metall Anal,2012,32(9):1 的表面形貌会有出差异性，同样球形或近球形颗粒由 (郭络方，李宏，王耀.钢中夹杂物形貌特征的定量描述方法 于其表面特性的差异会影响到其上浮去除效果 及其上浮速度的关系.治金分析，2012,32(9)：1) 4 Yang J,Yamasaki T,Kuwabara M.Behavior of inclusions in de- 不同形态粒子形状系数的结果表明，同体积同类 oxidation process of molten steel with in situ produced Mg vapor. 型不同形状的夹杂物粒子去除能力依次为树枝状（垂 1S0mt,2007,47(5):699 直)<粗糙球形<立方体<圆柱（半经6mm)<圆柱 [5] Bao Y P,Wang M,Jiang W.A method for observing the three-di- (半经4mm)<树枝状（水平）<团簇状（水平）<光滑 mensional morphologies of inclusions in steel.Int J Miner Metall 球形.因此，从有利于夹杂物去除角度考虑，钢中大尺 Mater,2012,19(2):111 寸固相和表面光滑的团簇或球形颗粒更容易上浮去 6 Crowe C,Sommerfad M,Tsuji Y.Multiphase Flows with Drops 除，棒状和树枝状则存在运动取向的问题，上浮效果受 and Particles.New York:CRC Press,2000 [7]Yue Q,Chen Z,Zou Z S.Analysis on mechanism of agglomera- 到一定影响.为了脱氧产物的最大化去除，脱氧过程 tion of non-metallic inclusions in liquid steel.fron Steel,2008,43 的控制应综合考虑脱氧产物的类型、大小、形状和表面 (11):37 形貌的影响，才能确保工艺一定的条件下夹杂物去除 (岳强，陈舟，邹宗树.钢液中非金属夹杂物团聚的机理分 效果的最大化 析.钢铁，2008,43(11)：37)王 敏等: 钢中非金属夹杂物形态对其去除行为的影响 图 10 垂直运动时粒子的上浮轨迹 Fig． 10 Track of a dendritic particle during vertical floatation 关: 夹杂物的类型( 密度，液相/固相) 、体积( 尺寸) 、形 状及运动取向和表面形貌． 同类型粒子在体积相同的 情况下，其形状系数越小越容易上浮，粒子的形状、运 动取向及表面形貌则与粒子形状系数直接相关，粗糙 的表面会增大粒子形状修正系数; 同类型粒子在形状 系数相同的情况下，其体积越大越容易上浮; 同一形状 及表面特征粒子在体积相同情况下，粒子与流体的密 度差越大越容易上浮，且固相夹杂与钢液不润湿比液 相夹杂更容易上浮． 根据脱氧条件的不同，脱氧产物 的表面形貌会有出差异性，同样球形或近球形颗粒由 于其表面特性的差异会影响到其上浮去除效果． 不同形态粒子形状系数的结果表明，同体积同类 型不同形状的夹杂物粒子去除能力依次为树枝状( 垂 直) ＜ 粗糙球形 ＜ 立方体 ＜ 圆柱( 半经 6 mm) ＜ 圆柱 ( 半经 4 mm) ＜ 树枝状( 水平) ＜ 团簇状( 水平) ＜ 光滑 球形． 因此，从有利于夹杂物去除角度考虑，钢中大尺 寸固相和表面光滑的团簇或球形颗粒更容易上浮去 除，棒状和树枝状则存在运动取向的问题，上浮效果受 到一定影响． 为了脱氧产物的最大化去除，脱氧过程 的控制应综合考虑脱氧产物的类型、大小、形状和表面 形貌的影响，才能确保工艺一定的条件下夹杂物去除 效果的最大化． 3 结论 ( 1) 颗粒的阻力系数与上浮去除的难易程度直接 相关，而形状修正系数与阻力系数满足线性正相关，通 过测定粒子形状修正系数可以判断钢中不同形状夹杂 物的上浮去除能力． ( 2) 粒子表面形貌会增加粒子的形状修正系数， 光滑表面球形的形状系数为 1，球形表面粗糙度增加 1 倍后，粗糙表面球形颗粒的形状修正系数为光滑表面 球形的 3. 1 倍． 简单粒子的运动取向对粒子形状修正 系数影响较小，形貌取向差异大的复杂粒子的形状修 正系数与运动取向相关． 树枝状颗粒水平上浮时其形 状修正系数均值为 1. 68，垂直上浮时则增加到 3. 15． ( 3) 同体积大小的相同类型夹杂物粒子上浮的难 易程度依次为树枝状( 垂直) ＞ 粗糙球形 ＞ 立方体 ＞ 圆柱 1( 半经 6 mm) ＞ 圆柱 2( 半经 4 mm) ＞ 树枝状( 水 平) ＞ 团簇状( 水平) ＞ 光滑球形． ( 4) 钢液中夹杂物粒子上浮的难易程度与夹杂物 的类型( 密度，液相/固相) 、体积( 尺寸) 、形状及运动 取向和表面形貌相关． 大尺寸的固相和光滑表面的团 簇或球形夹杂物更容易上浮去除，棒状和树枝状则存 在运动取向的问题，上浮效果受到一定影响． 参 考 文 献 ［1］ Wang M，Bao Y P，Yang Q． Effect of ferro-titanium alloying process on steel cleanness． J Univ Sci Technol Beijing，2013，35 ( 6) : 769 ( 王敏，包燕平，杨荃． 钛合金化过程对钢液洁净度的影响． 北京科技大学学报，2013，35( 6) : 769) ［2］ Matsunaga H，Komata H，Yamabe J，et al． Effect of size and depth of small defect on the rolling contact fatigue strength of bear￾ing steel JIS--SUJ2． Procedia Mater Sci，2014，3: 1663 ［3］ Guo L F，Li H，Wang Y． Quantitative description of morphology characteristics of inclusions in steel and its relationships with float￾ing velocity． Metall Anal，2012，32( 9) : 1 ( 郭络方，李宏，王耀． 钢中夹杂物形貌特征的定量描述方法 及其上浮速度的关系． 冶金分析，2012，32( 9) : 1) ［4］ Yang J，Yamasaki T，Kuwabara M． Behavior of inclusions in de￾oxidation process of molten steel with in situ produced Mg vapor． ISIJ Int，2007，47( 5) : 699 ［5］ Bao Y P，Wang M，Jiang W． A method for observing the three-di￾mensional morphologies of inclusions in steel． Int J Miner Metall Mater，2012，19( 2) : 111 ［6］ Crowe C，Sommerfad M，Tsuji Y． Multiphase Flows with Drops and Particles． New York: CＲC Press，2000 ［7］ Yue Q，Chen Z，Zou Z S． Analysis on mechanism of agglomera￾tion of non-metallic inclusions in liquid steel． Iron Steel，2008，43 ( 11) : 37 ( 岳强，陈舟，邹宗树． 钢液中非金属夹杂物团聚的机理分 析． 钢铁，2008，43( 11) : 37) · 93 ·