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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蕭滋愛
研究生(外文):Tzu-AiHsiao
論文名稱:鋼鐵冶煉製程細小第二相粒子分佈之水模研究
論文名稱(外文):Study of Distribution of Fine Second-phase Particles in Steel Making Process by Water Model
指導教授:黃文星黃文星引用關係
指導教授(外文):Weng-Sing Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:材料科學及工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:超級鋼第二相粒子水模濁度接觸角
外文關鍵詞:super steelsecond-phase particlewater modelturbiditycontact angle
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超級鋼的基本特徵為超細晶、高潔淨及高均勻性。文獻指出:加入一定體積分率的細小第二相粒子,可有效提高鋼材綜合力學性能並細化晶粒。其中,第二相粒子扮演阻礙晶粒成長的重要角色,因此為了達到晶粒細化的均勻性,第二相粒子須在鋼液裡能均勻分佈。

本研究採用水模物理模型來探討第二相粒子在溶液中的分佈情形。為了得知粒子在溶液中的分佈情況,利用色度濁度儀來量測粒子濃度。藉由水模內各處的粒子濃度分佈隨時間變化的情形,評估粒子達到均勻混合所需的時間。同時也探討將不同粒徑的粒子加入不同濃度的乙醇與丙酮溶液時,粒徑大小和粒子與溶液間的潤濕性對均混時間以及粒子上浮率的影響。

研究結果顯示,粒子在溶液中的均混行為可藉由量測溶液中的濁度來加以判斷。在相同操作條件下,粒子粒徑大小對均混時間並無太大影響;粒子密度和溶液密度越相近時,均混時間越短;粒子與溶液接觸角較小時,均混時間較短且粒子上浮率也較低。顯示溶液和粒子潤濕性較高時,除了粒子較易被溶液帶開、分散較快外,粒子也較不容易上浮。因此,粒子與溶液間的潤濕性對均混時間的影響明顯大於粒子粒徑大小對均混時間的影響。

關鍵字:超級鋼、第二相粒子、水模、濁度、接觸角

Ultra-fine grains, high cleanliness and homogeneity are the basic characteristics of super steel. According to the former researches, adding the second phase fine particles at a specified volume fraction, could efficiently improve the mechanic property of steel and refine its grain. The second phase particles played an important role as the hindrance of grain growth. In order to achieve the homogeneity of grain refinement, the second phase particles should be uniformly distributed in the molten steel

In this study, a physical model was constructed to investigate the distribution of second phase particles in a solution. The concentrations of the second phase particles were measured by using Turbidity Meter to know the distribution of particles in a solution. By analyzing the particle concentration distribution with time in our model, the mixing time could be obtained. In addition, the influences of the different particle sizes and the wettability between particle and solution on the mixing time and the floating ratio for particles were evaluated by compared various particle size and solution concentration.

The results showed that particles distribution in a solution can be decided by measuring the turbidity of the solution. For the same operation conditions, particle size has less influence on the mixing time. Besides, as the density of solution was closed to particle, the mixing time would be decreased. While the contact angle between particle and solution was smaller, the mixing time would be shorten and the floating ratio of particle would also be reduced. From above, the wettability between particles and solution has more influences to the mixing time than particle sizes.

Key words:Super steel, Second-phase particle, Water model, Turbidity, Contact angle
目錄
摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 新一代鋼鐵材料(超級鋼)簡介 2
1.2.2 超細第二相粒子強化鋼鐵材料製程 4
1.2.3 接觸角 7
1.2.4 接觸角常用的量測方法 8
1.2.4 粒子在溶液內部分佈情形的評估方法 10
1.3 研究目的與內容 10
第二章 實驗原理 15
2.1 水模系統描述 15
2.2 水模參數設定 16
2.2.1 粒子體積分率 16
2.2.2 粒子與溶液的密度比 16
2.2.3 粒子與溶液的潤濕性 17
2.2.4 粒子上浮率 18
第三章 實驗方法與步驟 19
3.1 實驗設備 19
3.1.1 水模本體與周邊設備 19
3.1.2 量測設備 20
3.1.2.1 色度濁度儀 20
3.1.2.2 接觸角儀 22
3.2 實驗流程 22
3.3 實驗方法 23
3.3.1 濁度量測 23
3.3.2 判斷粒子均勻混合性 24
3.3.3 粒子上浮率 24
3.3.4 接觸角量測 25
3.4 實驗步驟 25
第四章 結果與討論 37
4.1 粒子大小與接觸角的關係 37
4.2 不同密度比對接觸角的影響 38
4.3 粒子在水模中的均勻混合性 38
4.3.1 粒子大小對粒子均勻混合性的影響 38
4.3.2 密度比對粒子均勻混合性的影響 39
4.3.3 溶液與粒子之間的潤濕性對粒子均勻混合性的影響 40
4.3.4 粒子大小和潤濕性對於粒子分佈均勻性的影響 41
4.4 粒子在水模中的上浮率 42
4.4.1 粒子大小對粒子上浮率的影響 42
4.4.2 密度比對粒子上浮率的影響 43
4.4.3 粒子與溶液之間的潤濕性對粒子上浮率的影響 43
第五章 結論 64
參考文獻 66


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