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    1. 低硅钢种LF精炼控硅脱硫技术进展
    盖一铭, 杨健
    炼钢    2023, 39 (3): 1-15.  
    摘要107)      PDF(pc) (16499KB)(82)    收藏
    对前人开发的低硅钢种控硅脱硫技术的最新进展进行了总结。通过控硅热力学分析,明确了为达到目标Si含量,钢液中Al和Ca的控制目标含量。为防止脱硫过程中回硅,应重点控制转炉下渣量、脱硫LF精炼时间、LF进站铝含量,采用合适的渣系,还应控制钢液中钙含量。由于脱硫要求增加吹氩量以强化钢渣间界面反应,但控硅要求吹氩量不宜过大,所以存在最佳吹氩量。为提高脱硫率,应采用碱度为5.0~8.0的精炼渣,还应控制钢水温度高于1 565 ℃。
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    2. 转炉底吹流量对气柱长度影响的数值模拟
    郎茂信, 刘和平, 轩 阳, 李相臣, 袁旭东, 曹 青
    炼钢    2023, 39 (3): 16-24.  
    摘要89)      PDF(pc) (28038KB)(56)    收藏
    采用欧拉双流体模型和群体平衡模型(PBM),考虑气泡的破碎与聚并,建立了转炉底吹的三维空气水的数学模型。对文献中的水模试验进行模拟,对比试验值与计算值,结果表明此模型能较好地预测转炉内的流场分布。进一步耦合Multifluid VOF模型,使其对两相区、相界面结构和气柱长度的计算更加精确。对典型入口流量下气液两相流动及喷嘴处气柱形态进行模拟研究,结果表明随底吹气体流量增大,气柱长度增大,且增大幅度逐渐减缓。底吹流量为20、60、100、150、200 L/min时,气含率大于50 %的气柱长度分别为35.99、52.75、65.27、75.16、81.07 mm。最终对工业转炉吹气搅拌过程进行模拟计算,证明此模型计算工业转炉气液运动和气柱长度的可行性。

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    3. 100 t复吹转炉冶炼IF钢终点磷分配比预测模型
    马德刚, 王 耐, 李建英, 李经哲, 王建兴, 马光宗
    炼钢    2023, 39 (3): 30-34.  
    摘要82)      PDF(pc) (4272KB)(61)    收藏
    基于某公司具有LOMAS 烟气分析自动化炼钢系统的100 t 复吹转炉冶炼IF钢工业生产数据,分析了冶炼终点[%C][%O]、[%C](%FeO)与[%C]的关系,结果显示[%C][%O]、[%C](%FeO)与[%C]1/2线性关系显著。计算了吹炼终点的磷容量CPO实,并与Turkdogan提出的半经验公式计算的磷容量CPO算进行了对比分析,探讨了CPO实大于CPO算原因是终渣处于过氧化状态。分析了CPO实CPO算二者差值与[10-6 O]/(%FeO)的关系,结果显示二者线性关系显著。根据分析结果构建了转炉冶炼IF钢吹炼终点磷分配比预测模型,模型包含了吹炼终点温度T、终点[%C]、终渣(%CaO)和(%MgO)等因素,构建的磷分配比预测模型很好地重现了生产数据。
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    4. 钢液Ca含量控制对Ds夹杂物的影响研究
    屈志东, 杨 博, 孟晓玲, 贺佳佳, 林 俊
    炼钢    2023, 39 (3): 79-85.  
    摘要81)      PDF(pc) (6351KB)(71)    收藏
    分析研究了某公司生产的GCr15钢、45钢钢液Ca含量对Ds夹杂物的影响。研究了GCr15钢、45钢在LF精炼过程加入含Ca硅铁合金,钢液增Ca质量分数约(4~5)×10-6。控制硅铁合金在BOF出钢时加入,同时取消Ca处理,可控制中包钢液w(Ca)≤3×10-6。GCr15钢、45钢控制硅铁合金全部在BOF出钢过程加入,LF结束时夹杂物均主要为MgO·Al2O3;控制硅铁合金全部在LF精炼过程加入,LF结束时夹杂物主要为CaO-Al2O3和MgO·Al2O3。随钢液Ca含量增加,轧材Ds夹杂物数量密度正比例增加;钢液Ca含量增加,Ds夹杂物极值尺寸并未明显增加。分析了多组不同钢种钢液Ca含量同轧材Ds夹杂物的关系,随钢液Ca含量增加,Ds夹杂物数量密度及极值尺寸均呈增加的趋势,但Ca含量降低Ds夹杂物极值尺寸并非必然降低。控制钢液Ca含量只能减少Ds类夹杂物的数量,但Ds夹杂物尺寸仍不能得到有效控制。
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    5. 120 t复吹转炉底吹布置对熔池混匀的影响
    储焰平, 袁晓峰, 葛君生, 封伟华, 杨利彬
    炼钢    2023, 39 (3): 25-29.  
    摘要78)      PDF(pc) (3904KB)(48)    收藏
    转炉底吹的布置和流量控制对转炉熔池混匀的影响至关重要,是决定碳氧反应、脱磷反应的动力学条件。为了给国内某钢厂120 t转炉的底吹供气元件布置方式提供理论依据,通过水模试验,研究了不同底吹布置方案及底吹流量对熔池搅拌均匀混合时间的影响,为确定最优底枪布置方式提供参考。结果表明,在保持其他参数一致的条件下,转炉底吹采用环形布置,底枪夹角为40°、底吹半径R=0.55D的混匀效果较好;通过比较发现,非对称布置混匀效果要优于环形对称布置。实际应用过程中,若考虑对炉龄的影响,建议选择环形对称布置方式(夹角40°、R=0.55D);若忽略对炉龄的影响,建议选择非对称布置方式。
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    6. 超高速薄板坯连铸结晶器内的坯壳形变行为
    刘增勋, 杨垚森, 肖鹏程, 朱立光, 朱 荣
    炼钢    2023, 39 (3): 58-65.  
    摘要73)      PDF(pc) (8067KB)(26)    收藏
    针对薄板坯漏斗型结晶器内,漏斗区坯壳受到挤压形状变化,铸坯表面裂纹发生机率极大增加的问题。基于节点温度继承和接触算法,建立了一种新的薄板坯漏斗型结晶器内的三维应力分析模型,解析了FTSC结晶器内铸坯的传热和形变行为。结果表明:高拉速条件下,漏斗过渡区的坯壳在结晶器上部呈现向平行区偏移趋势,并随着坯壳向下行至结晶器中部开始反向移动。在拉速为4.0~6.0m/min的条件下,随着拉速的增加,坯壳向漏斗区方向位移量减小,位移方向偏转的转折点由结晶器液面下300 mm下降至600 mm处;在结晶器出口处,坯壳宽面中心、窄面中心及角部的温度上升明显;坯壳厚度减薄;角部气隙的厚度减薄,坯壳第一主应力增加。针对位移形变,通过补偿角部延展的形变空间设计新的窄面铜板应用于生产,铸坯角部裂纹的比例由21.3%下降到0.5%。
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    7. 高锰高强IF钢转炉-连铸过程中夹杂物演变与控制
    贾刘兵, 罗衍昭, 董文亮, 周海忱, 季晨曦, 温 瀚
    炼钢    2023, 39 (3): 73-78.  
    摘要69)      PDF(pc) (6178KB)(52)    收藏
    为了摸索高锰高强IF钢钢液洁净度及夹杂物演变规律,采用Thermofisher Explorer 4全自动夹杂物分析仪对转炉-连铸过程中夹杂物进行分析和研究。结果表明:高锰高强IF钢RH结束、中间包和铸坯中全氧含量依次降低,铸坯全氧随着宽度方向由边部向中心位置移动而逐渐增加。高锰高强IF钢RH进站时主要夹杂物为椭球状或球状含有P2O5的FeO-MnO夹杂,加铝脱氧后主要夹杂物转变为Al2O3夹杂,RH结束、中间包Al2O3主要类型为小型块状和不规则形状。铸坯中主要夹杂物为块状、棒状、不规则形状Al2O3,尺寸多在10μm以下,边部位置TiN、MnS析出物较少,中心位置MnS析出物进一步增加,也存在少量TiN析出。热力学计算普通IF钢、高锰高强IF钢TiN析出温度分别为1745K、1589K,MnS析出温度分别为1450K、1675K。通过增加铝钛间隔时间、降低脱氧前氧、进行钢包渣改质,高锰高强IF钢钢液洁净度得到显著改善。
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    8. 钢中硫化锰夹杂控制的机理分析与工业实践
    刘洪波, 康 举, 谢荣圆, 康 旭
    炼钢    2023, 39 (4): 1-12.  
    摘要66)      PDF(pc) (9560KB)(63)    收藏
    钢中MnS夹杂的控制是一个涉及到包括冶炼、凝固、加热和轧制过程等多工序,需要多变量协同控制的系统工程。详细论述了国内外MnS夹杂的研究现状,阐述了不同元素、热处理和轧制工艺对MnS夹杂的影响机理;整理总结了当前MnS夹杂的工艺控制措施,通过采用合适的脱氧工艺提高凝固前沿氧含量、降低精炼渣碱度、采用合适的钙处理工艺、采用低碱度中间包覆盖剂、提高二冷水量加强冷却、降低电磁搅拌强度等方式能够有效地控制MnS夹杂形貌、尺寸和数量。近年来,针对MnS夹杂的变性处理和弥散化分布等控制难点,提出了一些新思路,即向钢液中添加Mg、Ca-Mg、Zr、Ce、Te等元素能够有效控制钢中MnS夹杂形貌、尺寸和数量。
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    9. 转炉炼钢几个关键技术的研究进展
    李长海, 徐安军, 刘 旋
    炼钢    2024, 40 (1): 1-8 .  
    摘要64)      PDF(pc) (1984KB)(62)    收藏
    转炉炼钢作为世界上冶炼高品质钢的主要炼钢方法,其技术的进步与发展对钢铁行业节能减排、降本增效具有巨大的推动作用。介绍了我国转炉炼钢几个关键技术的研究及进展。通过从理论分析和实践探索两个方面研究了废钢的熔化行为,揭示了废钢熔化机理;分析和总结了喷吹方式、底吹工艺等对转炉熔池流动特性的研究;从冶金机理和数据模型两个方面介绍了转炉终点控制技术的发展现状和展望;最后从整体优化冶金流程角度出发,从数学建模到平台仿真介绍了炼钢精炼连铸一体化技术进展以及存在问题。转炉智能化发展需要更多的设备、方法和技术的支撑,转炉智能化炼钢是涉及冶金、自动化、计算机等多学科的综合实践应用案例。
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    10. 210 t钢包底吹气过程传输现象的水模型研究
    单庆林, 孙 宇, 段豪剑, 李中华, 贾 宁, 陈 威
    炼钢    2023, 39 (3): 35-43.  
    摘要62)      PDF(pc) (14111KB)(49)    收藏

    通过建立1:5水模型对某厂210t钢包底吹过程流场、混匀时间和渣眼分布进行了研究,讨论对比了不同钢包底部吹气流量、吹气位置和吹气孔夹角的影响。结果表明,吹气孔径向位置越靠近壁面,钢包内流体流动速度越大。混匀时间整体上随着吹气流量的增大而减小,并且在小吹气流量情况下混匀时间下降幅度较大,而在大吹气流量情况下混匀时间下降幅度较小;吹气孔间之间夹角不变时,混匀时间随着吹气位置离钢包中心的距离增加而减小;大吹气流量下吹气孔间的夹角的变化对钢包内流体混匀时间影响较小;通过不同吹气孔径向位置及夹角流场PIV测量及混匀时间试验得出的最佳吹气分布位置为(0.80R,0.80R,110o)。相较于吹气孔位置的影响,吹气流量是决定渣眼面积大小的关键因素。渣眼面积随着吹气流量的增大而增大,但当吹气流量大于12.6 L/min后,渣眼面积的变化趋于平缓。

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    11. 120 t LF精炼过程钢水吸氮量控制
    邓南阳, 孙 波, 解养国, 王 勇, 孙 涛, 刘前芝
    炼钢    2023, 39 (3): 44-51.  
    摘要61)      PDF(pc) (8202KB)(80)    收藏
    为了实现低氮钢种的稳定生产,基于氮溶解热力学和动力学理论,在结合某厂生产实践的基础上,分析了LF精炼过程中电弧特性、渣层厚度、埋弧程度、吹氩流量以及原辅料含氮质量分数对钢水增氮的影响。通过采取回收连铸热态铸余钢渣、合理选择加热过程电极档位;精确控制氩气流量、减少钢水裸露;严格控制原辅料中氮质量分数、使用优质增碳剂替代普通增碳剂、优选转炉入炉废钢等措施,钢水增氮质量分数分别从优化前的0.001 44 %、0.001 15 %、0.001 35 %降低至0.000 52 %、0.000 49 %、0.000 11 %,精炼过程钢水总增氮质量分数由优化前0.003 94 %降低到0.001 12 %,LF终点氮质量分数可控制在0.004 50 %以内。
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    12. 基于集成学习的转炉吹炼终点磷锰预测模型
    黄一鑫, 赵自鑫, 钟良才, 于海岐, 刘承军
    炼钢    2023, 39 (6): 15-22.  
    摘要58)      PDF(pc) (5551KB)(35)    收藏
    基于260 t转炉炼钢实际生产数据,用RF(Random Forests, 随机森林)、LGBM(Light Gradient Boosting Machine,轻量级梯度提升机)和Stacking集成三种不同机器学习算法建立了转炉炼钢终点磷锰预测模型。通过相关理论分析和皮尔逊相关系数法确定了模型输入变量,对比三种集成学习模型的终点命中率,表明Stacking集成模型的预测性能最好,在预测终点磷质量分数误差为±0.001 %、±0.001 5 %时的终点命中率分别为86.3 %、97.1 %,在预测终点锰质量分数误差为±0.008 %、±0.01 %时的命中率分别为83.4 %、94.4 %。
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    13. 中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟
    李 键, 卢金霖, 罗志国, 邹宗树,
    炼钢    2023, 39 (3): 52-57.  
    摘要56)      PDF(pc) (7450KB)(31)    收藏
    气幕挡墙技术是改善钢液洁净度的重要方法,吹入的气泡不仅可以改善中间包流场,还可以黏附去除夹杂物,大大提高夹杂物的去除率。采用EulerLagrangeLagrange方法来研究钢液、气泡和夹杂物三相交互作用行为,该模型考虑了钢液与气泡、钢液与夹杂物、气泡与夹杂物之间的相互作用。在正常连铸条件下,研究了气泡黏附与吹气量对不同粒径夹杂物去除的影响。模拟结果表明,考虑气泡黏附的夹杂物去除率比不考虑黏附去除提高了19.12 %~28.94 %,气泡黏附夹杂物是去除夹杂物的重要方式之一,在气幕挡墙的研究中不可忽略。在本研究的吹气范围内,夹杂物的上浮去除率和黏附去除率都随着吹气量的增加而增大。与传统的挡墙挡坝中间包相比,使用气幕挡墙取代传统挡坝更有利于夹杂物的去除。
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    14. 转炉炉料配比对渣钢间锰分配比影响的试验研究
    吴 伟, 张 飞, 李双江, 赵 博, 王建忠, 汪成义
    炼钢    2023, 39 (6): 30-36.  
    摘要56)      PDF(pc) (7535KB)(16)    收藏
    采用转炉双渣脱磷、少渣冶炼的工艺进行锰矿直接合金化工艺。选取终点炉渣和钢水的样品进行化学成分和矿相检测,分析试验中不同锰矿、造渣料最佳配比对渣钢间锰分配比的影响。采用试验设计的炉料配比,得到的锰收得率为15.87 %~79.3 %,平均为45.05 %;渣钢间锰分配比为21.97~37.96,平均为31.17;铁水脱磷率86 %~92 %,平均为88 %。第9组、第4组和第13组的炉料配比得到的渣钢间锰分配比较低,在22~25。影响渣钢间锰分配比的主要因素是钢水温度、终点碳含量、炉渣碱度和氧化铁,得到了这些因素与渣钢间锰分配比之间的定量关系。获得低锰分配比的炉料配比是石灰比例为25 %~30 % ,烧结矿比例为30 %~40 %,锰矿比例为15 %~20 %,轻烧白云石比例为20 %~30 %。
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    15. 基于机器学习算法的“全三脱”工艺转炉终点预测
    张聪聪, 董文亮, 季晨曦, 李海波, 陈 斌, 赵长亮
    炼钢    2023, 39 (4): 28-36.  
    摘要54)      PDF(pc) (5876KB)(21)    收藏
    建立精准的转炉终点预测模型对生产效率和钢液洁净度的提升尤为重要。以首钢京唐钢铁联合有限责任公司“全三脱”工艺转炉为
    研究对象,对历史生产数据进行皮尔逊相关性分析,得到与转炉终点温度、碳含量最相关的15个自变量。利用BP神经网络、极限学习机(ELM)和支持向量机(SVM)3种机器学习算法分别建立了转炉终点预测模型。随后选取160组新样本数据来检验3种模型的预测精度,结果表明:SVM模型下转炉终点温度、碳含量预测模型精度更高,终点温度预测误差在±15 ℃内的命中率为90.6 %,终点碳质量分数预测误差在±0.01 %内的命中率为93.8 %。另外,基于支持向量机算法建立的转炉终点预测模型,全三脱工艺比常规工艺的终点温度误差±15 ℃内、碳质量分数±0.01 %内命中率分别提高了9.1百分点和14.4百分点。
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    16. 基于转炉COMI技术的二次燃烧氧枪射流运动特性研究
    程 钰, 刘福海, 朱 荣, 冯 超, 蔡皓宇, 杜 新
    炼钢    2023, 39 (5): 1-10.  
    摘要54)      PDF(pc) (11139KB)(44)    收藏
    设计了基于COMI(CO2 and O2 Mixing Injection)技术的三种二次燃烧氧枪与一种传统氧枪结构,并利用数值模拟方法研究不同工况下二次射流与主氧射流的相互作用特点,及对熔池的冲击搅拌能力,用于明确二次燃烧氧枪过程的工作效能,并提出二次燃烧氧枪的优选结构模式。研究结果表明随着二次喷管数量的提高,及二次射流喷孔与主氧喷管径向夹角的减小,二次射流与主氧射流的轴向交汇位置更靠近氧枪喷头。相比于传统氧枪,4孔映射式与8孔均布式二次燃烧氧枪在典型操作枪位下,其射流截面平均速度、理论冲击面积与深度均得到明显提升,可综合提升高速射流对熔池的冲击搅拌效果。但相同工况下,4孔交错式氧枪的理论冲击面积与横截面平均速度均最小,表明该二次燃烧氧枪结构抑制了高速射流对熔池的化渣效率与搅拌效果。
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    17. 硫含量对KR脱硫渣中CaS氧化行为的影响
    李孟雄, 蒋佳君, 李建立
    炼钢    2023, 39 (3): 86-90.  
    摘要53)      PDF(pc) (5357KB)(62)    收藏
    KR脱硫渣中主要成分(CaO)为转炉冶炼的优质造渣原料,但KR脱硫渣中含有质量分数为1.0 %~2.5 %的硫,直接将其代替活性石灰用作转炉造渣料回用于冶炼工艺会导致钢液增硫。因此,为了实现KR脱硫渣的氧化脱硫,分析渣中硫氧化行为随炉渣中硫含量变化的机理,通过实验室制取KR脱硫渣样品,采用SEM和XRD分析了氧化后炉渣的微观结构、矿物成分,采用红外碳硫分析仪测定了氧化渣样的硫含量。研究表明,在1 693 K,随硫含量增加炉渣脱硫率先增加后减小,炉渣脱硫率均达到80 %以上;随硫含量增加氧化渣样中析出的硅酸盐固相质点数逐渐增加。
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    18. 120 t转炉顶吹CO2冶炼工艺研究与应用
    冯 超, 夏 韬, 朱 荣, 张俊锋, 林 滔, 侯 勇
    炼钢    2023, 39 (5): 11-16.  
    摘要49)      PDF(pc) (6190KB)(46)    收藏
    基于CO2参与炼钢反应的热力学和动力学研究基础,开展了120 t转炉顶吹CO2的工业应用,分析了转炉顶吹混掺不同比例CO2对冶炼终点钢水P含量、碳氧积、钢渣FeO含量、转炉煤气和粗灰总量的影响。本研究共使用3种不同混气模式开展工业试验,其CO2喷吹总量分别为98、203、290 m3。工业试验结果表明,转炉冶炼过程中CO2顶吹总量由98 m3逐渐提高到290 m3,转炉终点钢水碳氧积、炉渣FeO含量和粗灰产量呈降低趋势,煤气回收量呈升高趋势,而脱磷率和煤气CO浓度变化趋势为先升高后降低。CO2喷吹总量影响冶炼指标,当顶吹CO2总量为290 m3时,碳氧积降低1.15´10-4、炉渣FeO质量分数降低3.03%,煤气量增加2.73 m3/t、粗灰总量减少55.1 kg;当顶吹CO2总量为203 m3时,脱磷率提高2.89%、煤气中CO浓度提高2.43%。
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    19. 提高扇形段在线辊缝控制精度影响因素分析及对策研究
    孔意文, 陈 将, 秦文彬, 韩志伟, 刘 强, 邓比涛
    炼钢    2023, 39 (3): 66-72.  
    摘要48)      PDF(pc) (7798KB)(25)    收藏
    针对影响提高扇形段在线辊缝控制精度的问题,分析对比了扇形段的主要几种结构型式及存在的不足,研发出了具有自主知识产权的无间隙辊缝调节扇形段,并在多台板坯连铸机上成功运用。对于扇形段刚度引起的辊缝控制偏差,基于仿真分析与样机测试相结合的方法,获得了扇形段在不同夹紧液压缸压力条件下的弹性变形量,通过该变形量对辊缝进行补偿,提高了在线辊缝控制精度,获得良好的应用效果。对于扇形段不同倾动角度的影响,通过对扇形段在不同倾动角度条件下的受力分析,推导获得了扇形段不同倾动角度与进出口辊缝偏差之间的补偿关系。研究所提出的改进方法对实现扇形段辊缝的在线精准控制具有重要的指导意义。
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    20. CaF2和Al2O3对KR脱硫剂性能的影响研究
    鲍光达, 吴 婷, 熊晨光, 操瑞宏, 王海军, 王海川
    炼钢    2023, 39 (4): 13-20.  
    摘要46)      PDF(pc) (12361KB)(30)    收藏
    为降低钢中有害杂质硫元素含量,KR脱硫法广泛应用于钢铁企业生产低硫钢,脱硫剂对脱硫效果影响尤为关键。基于单纯形格子法,综合FactSage 8.1热力学软件、半球点熔点仪、旋转黏度计、渣-金接触试验等,分析了CaO-Al2O3-SiO2-CaF2-MgO渣系组分对脱硫剂的液相线温度、硫容量、脱硫剂消耗量、熔化温度、黏度、脱硫率的影响规律。结果表明,脱硫剂液相线温度随CaO含量增加而增加,随CaF2含量增加而降低;脱硫剂硫容量随CaO含量增加而增加,随Al2O3和CaF2含量增加而降低;增加CaF2和Al2O3含量,当脱硫剂中SiO2含量低时,脱硫剂消耗量及熔化温度变化不大,而当SiO2含量高时,脱硫剂消耗量大幅增加,熔化温度明显降低;熔化温度为1 400~1 424 ℃、w(SiO2)=0~10 %、w(Al2O3)和w(CaF2)均为5 %~15 %、w(MgO)=6 %的脱硫剂,其脱硫效率明显优于企业现用脱硫剂,并且CaF2的综合脱硫能力较Al2O3强;结合脱硫剂高温黏度,综合脱硫效果以及后续扒渣工艺, 2号脱硫剂为KR脱硫的最佳选择。
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