炼钢

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1. VD精炼技术的研究进展

易昌鑫, 于会香, 刘金刚, 贾刘兵

炼钢 2024, 40 (4): 1-10.

摘要（101）

PDF（pc）（12465KB）（106）

VD（Vacuum degassing）精炼在真空气氛下有强烈的渣钢反应，具有脱气、脱硫以及控制非金属夹杂物等功能，是生产高品质洁净钢的重要精炼方式。介绍了VD精炼技术的发展历程和工业应用，详细阐述了在脱气、脱硫、夹杂物控制等方面的研究和生产应用情况，并对VD工艺提出了建议。VD精炼中真空脱气（O、N、H）的研究主要集中在优化工艺参数和提升设备性能方面，能将钢中氢质量分数控制在(1～2)×10^-6，氮质量分数控制在(40～60)×10^-6，且VD真空脱氮具有一定的优势。脱硫方面，VD精炼有良好的热力学和动力学条件，能将钢中硫含量控制在很低水平。夹杂物控制方面，通过优化炉渣成分和工艺参数，VD精炼可以减少夹杂物数量、对夹杂物进行改性。相关的研究结果对VD精炼的研究与生产具有一定的指导意义，为降低钢中杂质元素含量、控制非金属夹杂物、提高钢的洁净度提供了有益的参考。

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2. 邯钢新区铁钢界面汽车“一罐到底”运行实践

刘志朝, 程子波, 王宗德

炼钢 2024, 40 (4): 85-90.

摘要（92）

PDF（pc）（7405KB）（40）

河钢集团邯钢新区系邯钢东区退城整合搬迁项目，受山区地形及土地面积限制，该项目采用紧凑式布局，高炉到转炉最近距离450 m，吨钢占地面积仅0.3 m²，铁钢界面采用汽车“一罐到底”模式进行铁水驳运，铁水罐受铁完毕后10 min即可拉到炼钢生产，并运用了数字、物联网等新技术加以辅助，经过投产以来的改进优化，新区铁水罐周转率达到7.0 次/日、进炼钢铁水温度1 440 ℃、“一罐到底”比例99 %，较搬迁前分别提高4.0 次/日、98 ℃、39百分点；铁水温降降低到
82 ℃，较搬迁前减少81 ℃，界面热量损耗大幅降低，为炼钢工序增钢降耗创造了有利条件，符合国家节能减排的理念，对行业“双碳”战略具有一定借鉴意义。

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3. 转炉碳磷氧化转折温度的热力学模型

张嘉欣, 李光强, 张蓬朝, 田雨丰, 刘昱,

炼钢 2024, 40 (3): 8-14.

摘要（91）

PDF（pc）（1094KB）（103）

高碳出钢对于提高钢液洁净度十分有利，但同时也给转炉脱磷带来了严峻挑战。针对高碳出钢时脱磷时间缩短、冶炼中后期发生回磷现象等问题，建立了基于离子分子共存理论（IMCT）的转炉碳磷氧化转折温度的热力学模型。通过该模型预测了最佳一次倒渣温度区间。为了避免冶炼中后期发生回磷现象，应在合适的倒渣温度区间内倒渣，同时实现转炉双渣吹炼一次倒渣高效脱磷。结合现场生产数据及脱磷热力学，重点分析当一倒渣碱度、一倒渣中MgO含量、一倒渣中FeO含量等参数变化时对各组元活度的影响，从而判断出对最佳一倒温度区间的影响，找到碳磷发生选择性氧化的最佳温度区间。

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4. 低碳钢RH真空时间对钢水洁净度的影响

刘建伟, 薛燕, 吴计雨, 李世良, 季伟烨, 温维新

炼钢 2024, 40 (3): 27-32.

摘要（80）

PDF（pc）（1072KB）（86）

为了深入研究RH真空过程中抽真空时间与夹杂物的对应关系，选取转炉出钢不脱氧合金化的SPCC低碳钢进行了真空过程钢水洁净度的试验研究。研究结果表明：1）在RH中Al脱氧后钢中夹杂物种类主要为Al₂O₃夹杂。夹杂物的形态由簇群状逐步转变为单个夹杂，尺寸不断减小。2）铝脱氧1min后，夹杂物数量非常多；纯脱气3min时，夹杂物数量和密度呈明显降低；纯脱气6min试样中，夹杂物数量达到最小，且尺寸基本小于5μm；纯脱气9min后，夹杂物数量呈现出增加趋势。3）对于KR→BOF→RH→CC工艺路线下的转炉出钢不脱氧合金化的低碳钢，钢水在RH的真空时间按铝脱氧后6~7min控制，钢水洁净度可达到最佳状态。这项研究可为优化RH真空处理过程提供有益参考，有助于提高低碳钢的质量。

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5. 铝粒尺寸及入炉高度对运动轨迹的影响

张勇, 刘勇, 彭集棚, 程树森

炼钢 2024, 40 (3): 39-49.

摘要（80）

PDF（pc）（1770KB）（73）

二次精炼过程中，铝是钢液进行脱氧及合金化的主要物料之一，但纯铝的密度小于钢液，能否穿越渣层与钢液接触及接触时间对铝的脱氧效果和钢中溶解铝的含量有直接影响。在忽略铝的熔化、溶解及化学反应的情况下，通过对铝粒运动过程受力分析，建立铝粒在气-渣-钢相内的三维运动数学模型，明晰铝粒尺寸及入炉高度对铝粒运动轨迹的影响。结果表明：在渣层厚度为70 mm且入炉高度为1~1.5 m的情况下，1 mm和5 mm的铝粒在渣钢界面处波动；入炉高度为1 m时，粒径为10 mm的铝粒停留在渣钢界面处，但在入炉高度为1.5 m及以上时可以进入钢液；20 mm及以上尺寸的铝粒可以进入钢液。在入炉高度为1 m时、30 mm尺寸的铝粒在钢液中的停留时间与深度相较于20 mm的基础上分别增加22.86 %和50.00 %；在铝粒尺寸为20 mm时、入炉高度为1.5 m时的铝粒在钢液中的停留时间与深度在1 m的基础上分别增加5.71 %和10.00 %。增加钢渣界面张力、减小钢铝界面张力或增加渣铝界面张力有利于铝粒进入钢液，而铝粒的尺寸大于20 mm，界面张力对铝块运动几乎没有影响；增大密度会使钢芯铝在钢液中停留更长时间，有利于钢液脱氧。

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6. 转炉低锰钢冶炼工艺实践

肖邦志, 朱万军, 蒋兴平, 邓伟

炼钢 2024, 40 (3): 15-19.

摘要（79）

PDF（pc）（1273KB）（119）

针对武汉钢铁有限公司现有铁水成分w(Mn)≥0.200 %且转炉冶炼低锰钢控制不稳定问题，基于脱锰热力学及动力学研究结果，确定了转炉吹炼前期低温、高(FeO)含量以及低碱度渣高效脱锰和吹炼中后期弱化底吹搅拌并降低停吹碳含量防止回锰的低锰冶炼控制思路。通过分析转炉低锰冶炼关键影响因素发现转炉双渣时机控制在吹炼进度25 %前，且倒渣前温度应低于1400 ℃，适当降低吹炼中后期底吹流量，控制终点温度为1600～1630 ℃，终点w(O)≥0.07 %等，有利于低锰钢的冶炼。现场通过工艺优化应用，实现了转炉终点w(Mn)≤0.04 %、成品w(Mn)≤0.035 %的稳定生产。

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7. 低硫非调质钢水口结瘤机理解析

张璐, 余大江, 王梓菲, 黎玉唐, 付建勋

炼钢 2024, 40 (3): 50-55.

摘要（75）

PDF（pc）（1412KB）（81）

非调质钢含有较高的铝，经钙处理工艺后，易导致水口结瘤。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析了某厂低硫非调质钢连铸水口结瘤物试样，结合热力学计算分析，揭示水口结瘤的原因。研究表明：水口结瘤物主要为CaS，其在钢液凝固过程中从钢液中以直接、间接两种方式析出，钙添加过量是导致水口结瘤的主要原因，后续可通过优化钢液的钙铝比来保证连铸的顺行，消除结瘤现象。

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8. 电弧炉冶炼超低碳汽车用钢的工艺实践

彭飞, 王立辉, 张庆宇, 赵晓磊, 宋帅, 孙江波

炼钢 2024, 40 (4): 74-79.

摘要（74）

PDF（pc）（6424KB）（63）

介绍了“废钢管理→EAF→RH真空处理→板坯连铸”工艺生产超低碳汽车板DC04钢的情况，针对短流程冶炼过程中C、N及残留元素难以控制的问题，围绕反应原理及生产流程进行了重点分析，并分别采取了从废钢管理、电炉、真空精炼到连铸全过程的针对性工艺改进方案及技术性措施，包括建立废钢数字化管理模式、优化电炉终点控制及废钢预热工艺、RH真空度精确控制及渣系优化、连铸原辅料标准修订及过程参数优化等措施，将钢中碳、氮元素质量分数分别降至25×10^-6、30×10^-6以下，钼、镍、铜、硼残余元素质量分数分别降至0.02 %、0.05 %、0.08 %、0.000 6 % 以下，满足超低碳汽车板DC04钢的标准要求，提升了产品质量。

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9. 120 t转炉顶底复吹过程多相流数值模拟研究

罗康, 辛同泽, 魏代春, 王栋, 王峥, 王敏,

炼钢 2024, 40 (5): 29-37.

摘要（72）

PDF（pc）（5952KB）（45）

以120 t五孔氧枪顶底复吹转炉为原型，基于Fluent数值模拟，对多组不同氧枪枪位与底吹气体流量方案进行建模计算，分析了五孔喷头顶吹超音速射流行为，以及不同方案下熔池冲击面积及冲击深度的变化规律。模拟结果与前人实测结果吻合，证明了模拟的准确性。模拟结果表明，由于顶底复吹作用，速度集中在钢液面附近，顶吹和底吹气流周围的区域钢液流速变慢；随着氧枪高度不断升高，冲击深度逐渐减小，冲击面积先增大后减小；当氧枪高度1.8 m时熔池冲击面积最大，单孔底吹流量为60 m³/h，底吹效果最好。

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10. 气泡在钢包冶金中行为与作用的研究进展

王书桓, 王向翠, 赵定国, 赵帅, 吕博, 陈晨

炼钢 2024, 40 (5): 1-17.

摘要（72）

PDF（pc）（14436KB）（65）

综述了气泡在钢包冶金中的行为与作用的研究进展，结合气泡行为研究使用的试验装置和研究方法，分析了液体中气泡的运动行为与原理，包括气泡形成、上浮、长大、破碎、聚并和逸出破裂过程，阐述了气泡形成、气泡尺寸、上升速率、运动轨迹和破裂液滴等特征及其变化规律。讨论了气泡在钢包冶金中的作用，主要涉及均匀钢液成分和温度、去除夹杂物以及渣金界面气泡夹带等方面。充分发挥气泡的冶金作用，可有效改善冶金工艺流程，提升钢铁性能和品质。

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11. 大圆坯连铸宏观偏析形成过程的数值模拟

李曜光, 陈卫强, 曹学欠, 樊伟亮

炼钢 2024, 40 (3): 56-65.

摘要（68）

PDF（pc）（2741KB）（118）

针对Φ785 mm立式连铸大圆坯，建立了流动、传热、凝固、传质三维耦合模型。通过该模型预测了从弯月面到完全凝固范围内铸坯溶质元素的分布情况，研究了大圆坯宏观偏析形成过程。模拟结果表明：连铸前期钢液对凝固前沿的溶质冲刷效应是铸坯表面区域出现明显负偏析带的主要原因；随着钢液的不断凝固，铸坯中心区域残余液相的溶质元素不断富集，最终导致了中心偏析的产生，C元素中心最大正偏析指数为1.08；另外，不同溶质元素宏观偏析严重程度有所不同，但呈现出的分布趋势基本相同。

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12. 软吹对GCr15轴承钢洁净度的影响

马超, 刘毅, 张福利, 王育飞, 郭瑞华, 李瑞杰

炼钢 2024, 40 (3): 33-38.

摘要（67）

PDF（pc）（1503KB）（73）

以高品质GCr15轴承钢为研究对象，借助ASPEX自动扫描电镜和氧氮分析仪对RH精炼过程中不同底吹氩气流量和不同软吹处理时间下轴承钢中T.O含量和夹杂物演变规律进行了对比研究，结果表明：底吹氩气流量及软吹时间对夹杂物类型演变没有影响，软吹前后夹杂物类型主要是Al₂O₃-CaO、Al₂O₃-MgO-CaO以及Al₂O₃-MgO-MnS复合夹杂物。软吹对夹杂物及T.O有明显的去除作用，软吹开始到结束，钢水中全氧质量分数降低了0.0006百分点，夹杂物面积分数由软吹开始时的0.0419%下降至0.022%，尺寸超过20μm的夹杂物颗粒上浮较快更易去除。底吹氩气流量大小对夹杂物去除影响明显，随着底吹流量由30L/min增加至100L/min，夹杂物平均去除率由47%降低至40%。

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13. 基于异质堆叠集成学习的脱硫剂加入量预测

吴经纬, 方一飞, 但斌斌, 容芷君, 都李平, 罗钟邱

炼钢 2024, 40 (3): 1-7.

摘要（65）

PDF（pc）（2183KB）（67）

KR搅拌法是铁水预脱硫的重要工艺之一，但在脱硫过程中脱硫剂的加入量主要依赖于人工经验控制，导致铸坯质量不稳定，一次脱硫命中率较低。为准确控制脱硫剂加入量，提高一次脱硫命中率，提出一种基于异质堆叠集成学习的脱硫剂加入量预测方法。首先，进行数据清洗，采用LOF算法结合专家经验剔除异常值。其次，采用最大信息系数结合斯皮尔曼秩相关系数进行特征筛选。最后，引入堆叠集成算法，基于评价指标和误差相关性分析优选模型的不同基学习器，并采用Optuna算法为基学习器寻找最优参数组合，建立异质堆叠集成预测模型。以现场采集的脱硫数据作为样本进行实例分析，结果表明，模型的决定系数(R2)为91.6%，均方根误差(RMSE)为197.79，平均绝对误差(MAE)为117.14，平均绝对百分比误差(MAPE)为6.95%。

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14. 电炉短流程冶炼圆钢热顶锻开裂分析与控制

闫军, 康旭, 徐鹏, 曹震巍, 王强, 刘崇

炼钢 2024, 40 (3): 20-26.

摘要（64）

PDF（pc）（2089KB）（60）

以张宣科技电炉短流程冶炼圆钢为研究对象，对圆钢热顶锻出现的单条和多条小裂口缺陷、单条和多条细长条状裂口缺陷、多条严重长条裂口缺陷产生原因进行分析，并针对缺陷产生原因对生产工艺进行优化。通过检测分析发现热顶锻单条和多条小裂口缺陷为连铸过程卷入结晶器保护渣导致，单条和多条细长条状缺陷为铸坯气泡缺陷导致，多条严重长条裂口缺陷为铸坯裂纹缺陷导致。根据缺陷产生原因对电炉、LF精炼和连铸冶炼过程进行优化，有效降低了卷渣缺陷、铸坯气泡缺陷和铸坯裂纹缺陷产生，热顶锻合格率明显提高，优化后冶炼过程未发现热顶锻开裂现象，热顶锻合格率接近100 %。

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15. 基于Stacking算法的转炉吹炼终点钢水磷含量预测

于飞, 罗辉林, 柯凯, 张天

炼钢 2024, 40 (4): 11-16.

摘要（63）

PDF（pc）（6951KB）（63）

根据中天钢铁集团有限公司120 t转炉的实际生产数据，建立基于Stacking集成学习算法的转炉终点钢水磷含量预测模型。通过脱磷热力学分析确定影响脱磷的主要因素，进而确定模型的输入变量。在数据预处理完成后使用6种机器学习算法（RF、ET、XGBoost、LightGBM、CatBoost、NN）分别建立模型，再将这6种模型的预测结果使用多元线性回归算法进行Stacking集成建模。通过对比这7种模型的预测结果可以得到：Stacking集成模型的预测效果最好，其预测终点钢水磷质量分数误差为±0.004 %、±0.00 5 %时的命中率分别为90.59 %、97.56 %。

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16. 底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究

秦绪锋, 王凤良, 程常桂, 李阳, 卫卫, 金焱

炼钢 2024, 40 (5): 49-59.

摘要（63）

PDF（pc）（12580KB）（33）

钢包底吹氩是二次精炼中的常用手段，在均匀温度和成分、促进钢渣界面反应、去除夹杂物等方面效果显著，然而底吹氩在搅拌钢液的同时会加剧壁面耐材熔损，降低钢液洁净度，影响钢包寿命和使用安全性。采用数值模拟的方法研究了底吹氩钢包内钢渣流动及固液间传热行为，分析了单孔和双孔吹氩下气泡上浮及钢渣界面行为，对比了钢包不同结构界面处温度分布，探讨了吹氩量对钢包内流动传热及界面温度分布的影响。结果表明：底吹氩钢包内气泡羽流呈倒锥状分布，随着距渣眼距离的增加，钢渣界面速度和温度逐渐降低；同一气量下，相较于单孔吹氩，双孔吹氩下气泡羽流扩张角增大，渣眼面积减小，钢渣界面最大速度和湍动能较小；钢包不同结构界面温度由内向外逐渐降低，各界面渣线高度位置和底部存在较大的温度梯度；底吹氩所形成的局部循环流会导致工作层壁面的近钢渣界面位置形成高温热点区域。增大吹氩量，壁面高温热点区域温度和范围增大，近钢渣界面壁面的最大周向温差在20 K左右，双孔吹氩模式和低吹氩量有利于减小壁面周向温差。

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17. 高铝钢炼钢过程夹杂物演变规律研究

单庆林, 路博勋, 孟庆勇, 刘占礼, 张彩东, 毛文文

炼钢 2024, 40 (5): 98-103.

摘要（62）

PDF（pc）（3887KB）（43）

为探究高铝钢炼钢过程夹杂物的形成与演变机理，在“转炉→LF精炼→RH真空处理→板坯连铸”工艺生产高铝钢的全流程进行系统取样，结合各工序工艺特点和热力学计算，揭示了高铝钢中夹杂物在炼钢过程中的演变行为。研究结果表明：高铝钢中Al₂O₃夹杂物在转炉炉后即发生转变，其演变路线为：Al₂O₃→MgO-Al₂O₃、CaO-Al₂O₃系夹杂物→CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物。在高铝钢钢液条件下，高铝钢在冶炼中无需进行钙处理即可将大部分镁铝尖晶石夹杂物改质为CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物。

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18. 梅钢转炉合金模型开发

郑毅, 左康林, 王多刚

炼钢 2024, 40 (4): 17-20.

摘要（58）

PDF（pc）（5063KB）（49）

为降低转炉合金成本，采用线性规划为核心算法，开发了转炉合金模型。模型通过设计碳冗余质量分数和磷冗余质量分数、确定合金收得率和LF增碳质量分数等主要参数、基于优先加足低价合金的原则分配转炉合金用量，在满足钢水成分的前提下降低了合金成本，可产生经济效益3.27元/t。

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19. 稀土处理铝脱氧钢的研究进展

张妮, 孙亮, 于会香

炼钢 2024, 40 (6): 1-12.

摘要（57）

PDF（pc）（1931KB）（40）

在钢中添加稀土能改善钢材的洁净度并提高钢材性能。综述了近些年稀土处理铝脱氧钢的研究进展。概述了含稀土钢的发展历史与现状，归纳总结了稀土加入钢液后，对钢液洁净度、夹杂物改性、显微组织与力学性能、耐腐蚀性与耐氧化性四个方面的影响。其中重点阐述了稀土处理对钢中夹杂物的影响，包括夹杂物的改性机理、演变规律、尺寸、密度及分布状况等方面。此外，从电渣重熔和渣-钢反应两方面介绍了稀土渣的相关研究。最后对所述内容进行了总结与展望，以期为稀土处理钢的相关研究和应用提供一些参考。

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20. 转炉高效冶炼工艺技术的研究和开发

富强, 刘真海, 姚志龙, 孙才权, 曹连平

炼钢 2024, 40 (5): 44-48.

摘要（57）

PDF（pc）（3508KB）（59）

通过研究炉渣渣系及炉内反应动力学，实施留渣及全留渣工艺达50 %以上，优化了炉渣渣组元浓度（如MgO、R）、加料方式等，形成了具有“快速成渣、维持低熔点及良好流动性”的全新加料操作模式。结果表明：采用少渣冶炼工艺后炉渣碱度2.80，石灰单耗降低了13.48 %，脱磷率提升2.02百分点；冶炼过程炉渣“喷溅”、“返干”频次明显减少，供氧时间缩短（降低氧耗），该工艺具有可观的降成本潜力，具备广泛的推广价值。

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