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包芯线用氮化钒破碎工艺过程研究

作　者: 李为
导　师: 詹肇麟；李松
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 包芯线氮化钒破碎工艺过程分形维数
分类号: TF044
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

包芯线技术是微合金化的一种有效手段,在如今资源节约合理利用的大环境下其开发利用的价值越来越高。氮化钒是钢铁冶金工业中一种重要的添加剂,钒氮微合金化技术能显著提高钢的强度和降低钢的成本。近年来相关企业研究开发了VT(钒钛)包芯线,用于钢材冶炼时的成分调整。较原来的添加方法,V的利用率能提高5%,N元素利用率可提高20%,具有较高的利用价值。而此VT包芯线在生产过程中存在芯粉不均匀而影响生产质量的问题,其主要原因是在氮化钒芯粉制备时破碎产生过多细粉,在包线过程中细粉在漏斗内产生架桥,阻碍粉料均匀流出,使得最终芯粉在包芯线内分布不均匀,影响钢液合金化效果。而且由于破碎过程中细粉过多,氮化钒在破碎生产过程中损耗较大,对厂况环境影响也较为恶劣。为此本文对氮化钒细粉产生的主要过程进行分析,研究氮化钒芯粉制备过程中氮化钒的破碎效果。首先通过在实验室进行压力破碎,研究氮化钒的破碎机理；然后通过岩相制备,观察氮化钒原料内部结构特征；通过对实验及现场各破碎工序破碎所得粉体特性进行分析,研究各破碎工序的特点；引入分形维数描述其粉体特性及其破碎效果,运用Matlab对扫描图片及筛分结果数据进行处理分析,得出各样品的分形维数,拓展分形技术在实际物料破碎生产上的应用。通过实验室破碎研究发现,氮化钒在受不同方向力作用破碎时的断裂方式不同,在受竖压作用力破碎时主要是穿晶脆断,受侧压作用力破碎时主要发生沿晶脆断,受横压作用力破碎时是耦合断裂,最后竖压破碎所得粉体粒度分布维数较其它方向压碎实验要高,与穿晶破碎难易度较其它破碎方式要大相一致；通过对氮化钒原料的检测,发现原料存在明显分层和各向异性；通过对现场破碎工艺过程的分析,发现各道破碎工序对氮化钒的破碎作用不同,第二道次的细颚式破碎是产生细粉的主要工序,因此建议取消此道次工序,并最终验证所得粉体中0.6mm以下细粉率下降到30%,且在最后的对辊破碎工序中,入料中细粉末并不是产生进一步细碎的主要原因,因此建议改变筛分后对辊破碎工艺过程,采用直接对辊破碎,提高了生产效率,减少氮化钒的损耗并降低了对厂况环境的影响。由实验室制备岩相观察氮化钒内部结构特点,利用Matlab软件对所得扫描图片进行处理分析获得其断面细观尺寸下的结构分维数,并由此换算成体积分维,结果显示最大内部结构分维数为2.73230,大于各次破碎采样的粒度分布分维,再次印证物料细观结构决定最终破碎产品粒度分布的特点。对各破碎粉体样品进行筛分实验并计算其粒度分布分维数,进行比较观察结果显示,分维数与样品中3-1mm的中间颗粒含量有一定的相关趋势,随着其含量增加分维数减小；分维数与样品中0.6mm以下细粉含量成正比,较好的符合氮化钒破碎产品要求特性,可以作为破碎生产产品的粒度分布效果指标。在破碎工艺过程中各破碎工序所得粉体粒度分布分维也存在较好相关性,可以作为破碎生产中各工序安排的指导指标。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 包芯线技术  9-13
    1.1.1 微合金化技术  9-10
    1.1.2 包芯线技术应用及发展  10-12
    1.1.3 包芯线的制备  12-13
  1.2 氮化钒  13-14
    1.2.1 氮化钒在钢铁中的应用  13-14
    1.2.2 氮化钒的制备  14
  1.3 破碎理论研究应用  14-20
    1.3.1 破碎加工的发展现状  14-15
    1.3.2 破碎理论发展  15-19
    1.3.3 破碎分形理论研究  19-20
    1.3.4 氮化钒芯粉制备现状  20
  1.4 课题来源及研究内容与方法  20-23
第二章现场工艺过程改进及实验方法  23-29
  2.1 现场工艺过程改进  23-24
  2.2 实验方法  24-29
    2.2.1 实验原料及器材  25
    2.2.2 实验方法  25-29
第三章氮化钒破碎机理讨论及破碎效果分析  29-61
  3.1 实验室破碎氮化钒分析  29-47
    3.1.1 原料的表观及内部结构特性  29-32
    3.1.2 实验室破碎实验分析  32-39
    3.1.3 氮化钒破碎机理分析  39-47
  3.2 现场破碎工艺过程分析  47-55
    3.2.1 氮化钒破碎工艺过程  47-50
    3.2.2 破碎方式对粒度的影响  50-53
    3.2.3 破碎颗粒形貌分析  53-55
  3.3 破碎效果综合分析  55-59
    3.3.1 实验室破碎效果分析  55-57
    3.3.2 实验室破碎的局限  57
    3.3.3 破碎研究讨论  57-59
  3.4 小结  59-61
第四章氮化钒内部结构及破碎粒度分形维研究  61-81
  4.1 氮化钒内部结构分形维  61-67
    4.1.1 氮化钒断面图像处理  62-63
    4.1.2 氮化钒断面分维数的提取  63-64
    4.1.3 图像处理示例及计算结果  64-67
  4.2 破碎分形维理论及破碎粒度分布分维计算  67-76
    4.2.1 破碎分形模型  67-68
    4.2.2 破碎粒度分布分形维计算  68-69
    4.2.3 各阶段破碎粒度分布分维数  69-76
  4.3 氮化钒内部结构分维与破碎粒度分布分维讨论  76-80
    4.3.1 粒度分维的可行性验证  76-77
    4.3.2 氮化钒内部结构分维与破碎粒度分维关系  77-78
    4.3.3 破碎粒度分维数与破碎机理的关系  78-79
    4.3.4 破碎粒度分维与破碎各工序的关系  79-80
  4.4 小结  80-81
第五章结论  81-83
  5.1 结论  81
  5.2 展望  81-83
致谢  83-85
参考文献  85-89
附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文  89

包芯线用氮化钒破碎工艺过程研究

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