ADVANCES IN THE FUNDAMENTALS OF LIQUID METAL PROCESSING AND CASTING OPERATIONS.

液态金属加工和铸造操作基础的进步。

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-05890
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ADVANCES IN THE FUNDAMENTALS OF LIQUID METAL PROCESSING AND CASTING OPERATIONS. The primary aims of this discovery grant are to continue our research on 1) improving the intrinsic quality of all liquid steel melts, and 2) developing a better process, Horizontal Single Belt Casting, to cast aluminium and steel sheets versus the current Direct Chill (DC), and Conventional Continuous Casting (CCC), fixed-mold, technologies. Over the next five years, we plan to further explore the potential for this high productivity, novel-casting process. We wish to study in much greater detail, the role of meniscus movements and oscillations in HSBC processes. For this, we will use Computational Fluid Dynamics analyses of the liquid metal and gas flows within the small meniscus region, about 0.1-1mm thick, that separates our refractory delivery systems for liquid metal flowing from a slot nozzle, onto the horizontally moving, flat belt. We need to evaluate these CFD predictions against experimental findings that are revealed from the quality of the bottom surfaces of cast strips. Bottom strip surfaces can vary from perfect, to poor, depending on the stability of the meniscus, and the suppression of back flows. We will intend to extend this fundamental research to demonstrate HSBC's superior capabilities in casting thin sheets of high entropy light-weight alloys (Alx-Co-Cr-Fe-Ni), bulk metallic glasses (Fe-6B-15C-15Cr-14Mo-2Y), and Fe- 3%Si, and new Fe-6% silicon, electrical steels. These tests will include subsequent rolling of sheet material down to final desired product gauge, and development of suitable mechanical and physical properties. Our second project involves removing exogenous inclusions of all sizes down to the micron size range, from liquid steel, prior to its final solidification. This is important for many steel properties, such as fatigue, surface quality, isotropic properties, etc. Our success over the past five years was to generate micro bubbles in water, for the range of ladle shroud velocities pertaining to generic ladle-tundish-mold facilities used in industry, and using these to remove very small inclusions (20-70 microns diameter). We must now use a low temperature melting point, liquid metal alloy (Cerrolow 136), with physical properties much closer to those of liquid steel (surface tension, wetting angles, density) so that we can quantitatively demonstrate, experimentally, the sizes of micro bubbles that we should be able to produce in liquid steel ladle-tundish-mould systems, for steel velocities ranging from 0.5-5m/s. We aim to re-develop and improve on our original LiMCA (Liquid Metal Cleanliness Analyzer) system, to measure micro bubble sizes in low temperature liquid metals. This will provide quantitative information for forming micro bubbles in commercial steel systems for removal of inclusions, in response to the interest expressed by RTIT/RTMP steelworks in Quebec, and Nippon Steel Corp., Japan.
液态金属加工和铸造操作基础的进步。这项发现资助的主要目的是继续我们的研究:1) 提高所有液态钢熔体的内在质量,2) 开发一种更好的工艺,即水平单带铸造,与当前的直接冷铸相比,用于铸造铝和钢板( DC)和传统连续铸造(CCC)、固定模具技术。 在接下来的五年中,我们计划进一步探索这种高生产率、新颖的铸造工艺的潜力。我们希望更详细地研究弯液面运动和振荡在汇丰过程中的作用。为此,我们将使用计算流体动力学分析小弯月面区域(约 0.1-1 毫米厚)内的液态金属和气体流动,该区域将我们的耐火材料输送系统用于液态金属从狭缝喷嘴流到水平移动的平面腰带。我们需要根据铸带底表面质量揭示的实验结果来评估这些 CFD 预测。底部条带表面可以从完美到差,这取决于弯液面的稳定性和回流的抑制。我们打算扩展这项基础研究,以证明汇丰银行在铸造高熵轻质合金(Alx-Co-Cr-Fe-Ni)、大块金属玻璃(Fe-6B-15C-15Cr-14Mo- 2Y)、Fe-3%Si 和新型 Fe-6% 硅电工钢。这些测试将包括随后将板材轧制至最终所需的产品规格,并开发合适的机械和物理性能。我们的第二个项目涉及在最终凝固之前从钢水中去除各种尺寸小至微米尺寸范围的外源夹杂物。这对于许多钢铁性能非常重要,例如疲劳、表面质量、各向同性性能等。过去五年我们的成功是在水中产生微气泡,适用于与通用钢包-中间包-结晶器相关的钢包长水口速度范围工业中使用的设备,并使用这些设备去除非常小的夹杂物(直径 20-70 微米)。我们现在必须使用一种低温熔点液态金属合金(Cerrolow 136),其物理性能更接近于液态钢(表面张力、润湿角、密度),以便我们可以通过实验定量地证明微观尺寸。我们应该能够在钢水钢包-中间包-结晶器系统中产生气泡,钢的速度范围为 0.5-5m/s。我们的目标是重新开发和改进我们原来的 LiMCA(液态金属清洁度分析仪)系统,以测量低温液态金属中的微气泡尺寸。这将为商业钢铁系统中形成微气泡以去除夹杂物提供定量信息,以响应魁北克省 RTIT/RTMP 钢厂和日本新日铁公司表达的兴趣。

项目成果

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A model for accurate predictions of self-diffusivities in liquid metals, semimetals, and semiconductors

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