炼钢

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1. 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（88）

PDF（pc）（1984KB）（82）

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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2. 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（72）

PDF（pc）（5551KB）（53）

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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3. 超低碳IF钢冶炼过程炉渣对夹杂物控制研究进展

王亮, 杨健, 张同生, 张银辉

炼钢 2024, 40 (2): 1-22.

摘要（67）

PDF（pc）（19824KB）（86）

超低碳IF钢板主要应用于汽车面板等超深冲部件，其面临的主要质量问题是夹杂物、卷渣、气泡造成的炼钢缺陷，因此全生产流程中所采用的炉渣性质对控制炼钢缺陷具有重要作用。分别从炉渣的物化特性以及所在工序炉渣特性两个角度归纳总结了炉渣对夹杂物控制产生的影响，发现炉渣对夹杂物的吸附溶解与炉渣的物化性质和夹杂物的尺寸相关。RH精炼渣主要控制目标是低氧化性和合适的w(CaO)/w(Al₂O₃)，TFe质量分数一般控制在2.0 %～8.0 %，w(CaO)/w(Al₂O₃)控制在1.2～1.8，此外精炼渣碱度一般控制较高为4.0～10.0。中间包覆盖剂和结晶器保护渣首先要防止钢液增碳，其次是防止渣中SiO₂造成钢液的二次氧化，同时它们还应拥有良好的吸附夹杂物的能力。超低碳IF钢中间包高碱度覆盖剂一般碱度为2.9～11.5，w(CaO)/w(Al₂O₃)控制在1.0～2.5，(FeO +MnO)质量分数控制在1.9 %～4.0 %。而超低碳IF钢结晶器保护渣的碱度一般控制较低在0.85～1.0，w(CaO)/w(Al₂O₃)控制在5.0～8.5，(FeO+MnO)质量分数小于1 %。

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4. 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（62）

PDF（pc）（11139KB）（46）

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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5. 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（62）

PDF（pc）（7535KB）（17）

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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6. KR法中桨叶结构对搅拌效率影响的数值模拟研究

晏颖, 孙伟, 贾舒渊, 商少伟, 吴志豪, 欧阳德刚, 贺铸,

炼钢 2023, 39 (6): 8-14.

摘要（57）

PDF（pc）（6075KB）（44）

KR法是铁水预处理中主流的脱硫方法。采用数值模拟方法研究了正四叶桨、螺旋三叶桨和双层正四叶桨三种桨叶的搅拌效率，结果表明：双层正四叶桨的混匀时间比正四叶桨短7.3 %，比螺旋三叶桨短37.9 %；通过对铁水中轴向速度、湍动能分布的分析发现，双层正四叶桨搅拌器中铁水轴向速度更大，并且铁水中湍动能广泛扩散，双层正四叶桨的平均湍动能比正四叶桨大28 %，比螺旋三叶桨大1.8 %。

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7. 基于PSO-BP神经网络的转炉终点磷含量预测模型

杨城, 包燕平, 顾超, 王达志

炼钢 2023, 39 (5): 27-32.

摘要（55）

PDF（pc）（5796KB）（22）

通过脱磷热力学并结合灰色关联理论系统研究了转炉终点磷含量的影响因素，筛选出终点磷含量预测模型的最佳输入维度，建立BP神经网络模型和粒子群算法（Particle Swarm Optimization）优化BP神经网络模型(PSO-BP)。基于国内某钢厂生产的70号钢种200组实际生产数据的训练和预测，获得结论如下： PSO-BP模型的误差范围更小，命中率更高，转炉终点磷含量预测平均相对误差为3.55%，绝对误差在0.0002%以内的命中率为30%，误差在0.0004%以内的命中率为60%，误差在0.0008%以内的命中率达到80%。对钢铁企业实际生产中转炉终点磷含量的控制及预测具有较高的指导意义。

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8. 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（51）

PDF（pc）（6190KB）（48）

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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9. 基于转炉反应动力学的钢液成分与温度的预测

马德文, 李晶, 宋沈杨, 王长城, 黄玉鸿, 王翔宇

炼钢 2023, 39 (5): 17-26.

摘要（51）

PDF（pc）（8297KB）（39）

顶底复吹转炉由于其复杂的过程热力学及动力学，针对转炉冶炼过程预测模型的搭建以及应用一直是炼钢研究的热点。为了实现过程及终点钢液成分以及渣成分的预测，本文建立基于射流冲击区-乳化区-渣钢反应区内反应速率动态变化的转炉预测模型。实际运行结果表明，脱磷的主要区域在渣-钢反应区，占脱磷量的72.5%，其次为乳化区，占脱磷量的27.5%；脱碳的主要区域在射流冲击区，占总脱碳量的87%，其次为乳化区，占脱碳量的13%。转炉终点C质量分数平均偏差在±0.0058%，终点P质量分数平均偏差在±0.0024%，温度平均偏差在±5.8℃。

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10. 150 t量子电弧炉CO₂喷吹工艺的影响研究

李层, 李欣, 魏光升, 朱荣, 李挺, 孟令辉

炼钢 2023, 39 (6): 1-7.

摘要（51）

PDF（pc）（5733KB）（54）

为降低全废钢量子电弧炉出钢氮含量、优化电弧炉冶炼性能、减少电弧炉冶炼碳排放量，通过对量子电弧炉喷吹工艺进行优化改进，采用CO₂喷吹工艺替代原始喷吹工艺以实现上述目标。在150 t量子电弧炉上进行了大量CO₂喷吹工艺试验，分别对比了改进工艺前后的电弧炉出钢氮含量、冶炼电耗、冶炼周期、碳排放等性能指标的变化趋势。试验结果表明：使用CO₂喷吹工艺后，电弧炉出钢氮质量分数降低30.6×10^-6、冶炼电耗降低5.6 kWh/t、冶炼周期缩短3.2 min、平均出钢碳氧积降低了4.4×10^-4、渣中FeO质量分数降低了4.5百分点、碳排放降低8.4 %。通过将CO₂载气喷吹碳粉工艺与Ar+CO₂动态混合底吹工艺结合应用于电弧炉炼钢中能够有效降低钢水出钢氮含量、冶炼电耗、碳排放量等性能指标，优化量子电弧炉喷吹工艺。

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11. 利用非数值型特征的转炉出钢合金化硅铁加入量预测模型开发

亢子成, 钟良才, 刘承军, 于学渊, 史秀成, 赵阳

炼钢 2023, 39 (6): 23-29.

摘要（49）

PDF（pc）（4342KB）（25）

利用100 t转炉出钢合金化数据，通过数据预处理和采用皮尔逊相关系数 ( Pearson correlation coefficient）进行特征选择，用非数值型变量—钢种作为其中的一个特征变量，采用SVR (Support Vector Regression，支持向量机回归)算法，建立出钢合金化硅铁加入量模型。引入钢种作为特征变量后建立的转炉出钢合金化硅铁加入量SVR模型，误差在±40 kg、±30 kg、±20 kg的范围下，预测的命中率分别为94.84 %、87.58 %、75.77 %，而无钢种这一特征变量的SVR模型在相同的误差下的命中率分别为88.4 %、80.61 %、65.85 %，表明采用钢种作为特征变量，提高了硅铁加入量预测模型准确度，对于实际出钢合金化具有更好的参考价值。

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12. 非调质钢连铸关键技术的开发与应用

邓向阳, 林俊, 李大明, 李仕超, 庞卓纯

炼钢 2023, 39 (6): 68-73.

摘要（49）

PDF（pc）（7292KB）（35）

通过凝固仿真模拟计算结合现场试验得出了非调质钢最优的连铸轻压下工艺参数：1～5号拉矫辊执行3 mm-4 mm-5 mm-5 mm-3 mm的压下量，对应连铸拉速0.85 m/min，在提高铸坯低倍质量的同时，避免了压下裂纹的出现。在最优轻压下、拉速工艺参数的基础上研究了电磁搅拌对偏析等的影响，结合设备实际采用极值法试验得出了最佳的电磁搅拌参数：结晶器电磁搅拌电流350 A，频率2.0 Hz；末端电磁搅拌电流200 A，频率6 Hz。最终通过对连铸工艺参数的多元耦合研究，可以控制铸坯中心碳偏析指数不大于1.10。

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13. 稀土及热处理对GCr15轴承钢中夹杂物特征的影响

张惠荣, 郑万, 刘鹏, 张文文, 李光强, 刘静,

炼钢 2023, 39 (6): 74-83.

摘要（49）

PDF（pc）（10384KB）（35）

为降低夹杂物对轴承钢疲劳性能的危害，比较研究了稀土Ce及热处理对GCr15轴承钢中夹杂物的改性行为。研究发现：稀土处理使钢中夹杂物球化、平均尺寸降低，有助于降低铝脱氧轴承钢中夹杂物的危害；热处理（1 250 ℃）同样可以球化、细化钢中的夹杂物，夹杂物的平均尺寸、长宽比、面积分数随热处理时间（0～330 min）的增加均呈下降的趋势，继续延长热处理时间（330～510 min），铝脱氧轴承钢中大尺寸夹杂物比例增加，稀土轴承钢中球状Ce-Al-O-S均质夹杂转变为富Al相和富Ce相的非均质夹杂，对轴承钢疲劳性能危害大。在该研究条件下，铝脱氧轴承钢及稀土轴承钢热处理330 min时夹杂物特征最优。

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14. 矩形坯高拉速连铸结晶器开发与应用

聂荣恩, 么旭林, 崔猛

炼钢 2023, 39 (5): 48-56.

摘要（48）

PDF（pc）（13218KB）（14）

均匀传热是高拉速连铸结晶器的基本要求。采用数值模拟方法，建立了某钢厂1号矩形坯连铸机结晶器内坯壳凝固热力耦合有限元模型，研究分析了原窄面平面型结晶器内坯壳凝固传热行为规律，在此基础上设计开发了新型曲面结构结晶器，对比分析了结晶器内坯壳凝固变形、气隙与保护渣膜、铸坯表面温度分布等演变。结果表明，传统窄面平面型结晶器易引发铸坯角部附近区域生成厚气隙与保护渣膜，阻碍坯壳偏离角区高效传热，从而引发高拉速连铸下铸坯宽面偏离角区显著凹陷缺陷。采用新型曲面结晶器，可大幅减少铸坯角部与偏离角区的气隙及保护渣膜厚度，促进结晶器内坯壳均匀化传热，消除高拉速连铸生产条件下铸坯偏离角凹陷，并提升结晶器使用寿命80 %。

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15. 中间包感应加热与吹氩协同控制工艺数值模拟

龙云贺, 郑淑国, 朱苗勇

炼钢 2023, 39 (6): 59-67.

摘要（47）

PDF（pc）（70903KB）（24）

中间包采用感应加热与吹氩协同控制工艺有望实现高效去夹杂及低过热度浇铸。针对该工艺，并结合国内某钢厂的感应加热中间包建立三维非稳态数学模型，研究其磁场的分布规律，并对比分析了有无吹氩及吹气量对其流场、温度场以及夹杂物去除的影响。结果表明：感应加热中间包内偏心电磁力最小值偏离通道几何中心10 mm，沿通道径向距线圈较近位置焦耳热略有增加。吹氩使感应加热中间包内钢液在气幕两侧各形成一个循环流，消除了中间包角部流动不活跃的小循环流；且浇注区温度分布更均匀；与无吹氩感应加热中间包相比，吹氩后夹杂物去除率增大了0.4倍，有更好的去夹杂效果。吹气量在10～40 L/min时，靠近通道一侧下方存在流速较小的小循环流；当吹气量增至55 L/min时，浇注区内开始形成稳定的气幕，并在其两侧各形成一个循环流；就本研究而言，55 L/min的吹气量有最佳的控流及去夹杂效果。

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16. 50 t转炉单渣法一倒渣冶金特性对脱磷的影响

刘南吕, 吴光亮

炼钢 2023, 39 (6): 37-46.

摘要（47）

PDF（pc）（9209KB）（36）

为研究转炉高拉碳冶炼工艺过程中一倒渣的冶金特性对转炉脱磷冶金效果的影响，采用单渣法在国内某钢厂50 t顶底复吹转炉上开展单渣高拉碳高效脱磷工业试验。通过理论计算分析并结合实验室研究，对转炉一倒渣的矿相结构、熔化温度、黏度、成分等冶金特性与转炉脱磷效果之间的关系进行了研究。研究结果表明：一倒渣中Si、Ca、P富集的区域形成的矿相结构主要是2CaO·SiO₂和3CaO·P₂O₅，这两种矿相结构均有利于脱磷反应的进行；Fe、Mn、Mg元素富集的区域主要形成RO相和基体相，不利于脱磷反应的进行；降低单渣法高拉碳一倒渣的熔化温度和黏度有利于脱磷反应的进行；控制一倒渣的熔化温度在1 370～1 375 ℃，黏度在0.033 Pa·s左右，此时脱磷效果好，实现一倒钢液磷质量分数最低为0.018 %，一倒渣的磷分配比L_P＞60，一倒脱磷率最高为84 %；炉渣二元碱度R=2.60～3.00，w(FeO)=22.00 %～27.00 %，w(MgO)＜7.50 %，w(MnO)＜4.60 %，一倒渣具有良好的脱磷效果，一倒渣L_P＞60，一倒脱磷率不低于75 %。

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17. 转炉高锰铁水炼钢工艺研究

杨文远, 彭霞林, 王明林, 周军军, 孟华栋

炼钢 2024, 40 (1): 14-18.

摘要（44）

PDF（pc）（743KB）（30）

为了解转炉高锰铁水炼钢情况，对涟钢210 t转炉42炉吹炼终点钢水进行了取样、测温，根据所得到数据计算了锰氧化反应热力学参数（K′_Mn，γ_(MnO)，L_Mn）及炉渣碱度、氧化铁、钢水温度对锰氧化热力学参数的影响。对于吹炼终点钢水与炉渣反应的平衡值及反应偏离平衡状况进行了计算。利用回归分析方法，给出了终点钢中含锰量与转炉吹炼工艺参数关系。吹炼终点渣中平均w（TFe）=20.0 %，终点钢中平均w（Mn）=0.147 %。终渣平均w（MnO）=6.28 %，较正常含锰铁水炼钢终渣高，增加了炉渣流动性，有利于化渣。锰的收得率较低（平均23 %），与转炉炼钢铁水硅含量高、渣量大有关。

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18. 基于BP神经网络的RH精炼终点钢液温度预测

柴宝堂, 雷洪, 徐猛, 赵岩

炼钢 2023, 39 (5): 33-40.

摘要（44）

PDF（pc）（9802KB）（16）

合理地控制RH精炼终点钢液温度，可以有效地保障连铸过程中拉速的稳定，明显提升铸坯的质量。为了精准预测RH精炼终点钢液温度，先采用Spearman相关系数分析各影响因素与RH精炼终点钢液温度之间的关系，筛选出相关系数较高的影响因素；然后运用SPSS软件进行主成分分析，得到一组互不相关且能较好地描述RH精炼终点钢液温度的影响因素；最后分别采用粒子最优化算法、遗传算法和退火算法优化BP神经网络模型预测终点温度。计算结果表明，到站温度、进站钢水氧值、真空时间、钢中初始碳含量、钢包净空、脱碳终点氧值这些因素是RH真空精炼终点钢液温度预报的主要因素。粒子最优化算法优化BP神经网络预测RH处理终点钢液温度的温度极差最大，为20 ℃。该模型的均方根误差和平均绝对误差最小，分别为3.38和2.35，且预测RH处理终点钢液温度±5 ℃的命中率最高，达到90.0 %。

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19. 渣洗工艺对低碳钛微合金钢洁净度及性能的影响

王博, 李书恒, 王杏娟, 朱立光, 黄伟丽, 牛跃威,

炼钢 2023, 39 (6): 47-52.

摘要（42）

PDF（pc）（4897KB）（53）

某厂生产的DL350低碳钛微合金冷轧结构钢，由于钢中夹杂物含量较高且冷轧断后伸长率较低，不能满足客户要求。为了降低生产成本，提升冷轧产品断后伸长率，制定了合理渣洗工艺，并分析了渣洗工艺对钢洁净度及性能的影响。结果表明，钢中夹杂物主要为MnS、TiN、MnS-TiN及少量的Al₂O₃夹杂物，采用渣洗工艺后钢液中的氧、氮含量均有明显下降。渣洗后铸坯显微夹杂物平均数量密度由21.3个/mm²降低到15.7个/mm²。同时，A类夹杂物级别由2.0～2.5降低到1.0～1.5，B类夹杂物级别由1.5～2.0级降低到0.5～1.0级，说明渣洗工艺对铸坯洁净度提升改善明显。通过对热轧和冷轧产品性能检测可以发现，渣洗工艺试样热轧断后伸长率由26 %～28 %提升到29 %～31 %，冷轧断后伸长率由15 %～16 %提升到18 %～20 %，强度整体变化不大，满足了客户的使用要求。

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20. 37Mn5钢精炼过程大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物形成与演变机理

苗志奇, 成国光, 李世健, 任振海, 徐必靖

炼钢 2023, 39 (6): 53-58.

摘要（42）

PDF（pc）（5794KB）（48）

为探究37Mn5钢精炼过程尺寸在10 μm以上的大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形成与演变机理，在实际“EAF→LF→VD→钙处理→CC”工艺生产37Mn5钢的精炼全流程进行系统取样，检测了钢液成分并重点分析了不同冶炼阶段大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形貌和成分特征，结合实际生产工艺与热力学计算，揭示了这类夹杂物的演变规律。研究结果表明：由于出钢过程局部钢液Al含量低而O含量高，大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO夹杂物形成；LF精炼初期，局部Ca含量增加形成Al₂O₃-SiO₂-MnO-CaO夹杂物；LF精炼中期以后Ti含量增加会变性前期形成的这两类夹杂物，形成含TiO_x的夹杂物，随着冶炼的进行，Ti元素在夹杂物中分布逐渐均匀；VD后钙处理量不足导致夹杂物变性效果不理想，对大尺寸夹杂物的影响不大。出钢过程合理的脱氧、合金化和造渣制度可以减少Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形成，从而减少夹杂物数量，改善钢材质量。

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