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（197）

PDF（pc）（1984KB）（187）

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. 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（144）

PDF（pc）（16499KB）（98）

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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3. 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（141）

PDF（pc）（28038KB）（101）

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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4. 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（127）

PDF（pc）（743KB）（90）

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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5. 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（125）

PDF（pc）（19824KB）（131）

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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6. 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（124）

PDF（pc）（7450KB）（38）

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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7. 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（119）

PDF（pc）（3904KB）（84）

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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8. 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（119）

PDF（pc）（4272KB）（101）

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C_PO实，并与Turkdogan提出的半经验公式计算的磷容量C_PO算进行了对比分析，探讨了C_PO实大于C_PO算原因是终渣处于过氧化状态。分析了C_PO实和C_PO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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9. 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（118）

PDF（pc）（8067KB）（36）

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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10. 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（116）

PDF（pc）（6178KB）（87）

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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11. 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（115）

PDF（pc）（6351KB）（104）

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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12. 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（111）

PDF（pc）（7798KB）（33）

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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13. 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（107）

PDF（pc）（8202KB）（123）

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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14. 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（105）

PDF（pc）（70903KB）（37）

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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15. 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（102）

PDF（pc）（5551KB）（78）

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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16. 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（101）

PDF（pc）（9560KB）（87）

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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17. 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（101）

PDF（pc）（7535KB）（31）

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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18. 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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19. 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（100）

PDF（pc）（5796KB）（55）

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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20. 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（98）

PDF（pc）（7292KB）（72）

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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