炼钢

程钰, 刘福海, 朱荣, 冯超, 蔡皓宇, 杜新

2023, 39(5): 1-10.

摘要 ( 84 )

PDF (11139KB) ( 70 )

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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。

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

2023, 39(5): 11-16.

摘要 ( 77 )

PDF (6190KB) ( 82 )

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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%。

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

2023, 39(5): 17-26.

摘要 ( 82 )

PDF (8297KB) ( 54 )

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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℃。

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

2023, 39(5): 27-32.

摘要 ( 100 )

PDF (5796KB) ( 55 )

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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。

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

2023, 39(5): 33-40.

摘要 ( 73 )

PDF (9802KB) ( 44 )

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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 %。

150 t底吹钢包渣钢卷混行为模拟

朱燕玉, 任志峰, 张红旭, 李怡宏

2023, 39(5): 41-47.

摘要 ( 67 )

PDF (12810KB) ( 30 )

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以某钢厂150t底吹钢包为原型，建立了相似比为1:4.7的物理模型和三维非稳态数学模型，理论分析了不同底吹流量和底吹位置下的渣钢卷混过程，得到了描述卷渣的临界速度和临界液滴直径。物理模拟试验结果表明：氩气流量大小对双孔底吹钢包精炼中卷渣的形成具有决定性作用，双孔位置为0.45R时，底吹流量应控制在550 L/min以下；双孔位置为0.60R时，底吹流量应控制在450 L/min以下。在试验基础上，推导了界面流速与临界气体流量之间的关系。在实际过程中，软吹氩时，界面张力为0.12~1.2 N/m时，建议双孔底吹流量为70 ~ 500L/min。

矩形坯高拉速连铸结晶器开发与应用

聂荣恩, 么旭林, 崔猛

2023, 39(5): 48-56.

摘要 ( 69 )

PDF (13218KB) ( 21 )

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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 %。

四流感应加热中间包冶金行为优化模拟

王家辉, 方庆, 赵鹏, 李米佳, 谢旭琦, 张华

2023, 39(5): 57-67.

摘要 ( 83 )

PDF (41734KB) ( 26 )

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通道式感应加热中间包能有效补偿包内钢液的热损失，提高铸坯质量，降低炼钢-精炼成本。以某厂四流双通道感应加热中间包为研究对象，采用数值模拟和水力学模拟的方法对无挡墙、V型和八字型挡墙方案下的中间包内钢液流场、停留时间分布和温度场进行对比分析。研究结果表明：八字型挡墙相较于V型挡墙能显著增加中间包内钢液平均停留时间、降低死区体积比例、钢液热损失以及提高小粒径夹杂物的去除率。采用双导流孔八字型挡墙的方案A2后，相较于原型和其他挡墙方案，中间包内钢液平均停留时间延长，平均停留时间达到1248.6 s；死区体积比例降至10.75%；钢液平均温度升达6 K，10 μm粒径的夹杂物去除率提高，达到90.5%。

连铸保护渣熔点与黏度模型及其预报效果比较

张桢凯, 赵俊学, 王泽, 康毅, 李彬, 陈元平

2023, 39(5): 68-76.

摘要 ( 79 )

PDF (9935KB) ( 57 )

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连铸保护渣是连铸过程重要的辅助材料，其熔点和黏度等性能的测量耗时且贵，开发计算模型获取炉渣物理性质是发展方向之一。目前已建立了众多的保护渣熔点和黏度计算模型，但各模型都有其适用渣系及预测的不确定性，因此需要开展系统的分析和评价。结合文献中连铸保护渣渣系组成、熔点和黏度数据，考察了各模型的预报效果，得到了不同模型的适用范围及其预测相对误差范围。结果表明：各计算模型都有一定的适用性和局限性，熔点计算模型平均误差可以小于10 %，黏度计算模型平均误差可达到30 %~35 %，对进一步提高模型精度提出了发展建议。

连铸中间包用塞棒的组成结构分析及对钢中夹杂物的影响#br#

徐国涛, 张洪雷, 刘婳, 刘黎, 秦世民, 张彦文, 周旺枝

2023, 39(5): 77-81.

摘要 ( 78 )

PDF (6058KB) ( 50 )

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对某厂生产的连铸中间包塞棒进行了取样分析，剖析了塞棒基体、棒头部位、防氧化涂层、防粘接涂层的结构与组成。结果表明：塞棒棒头外层材料含较多颗粒骨料，比芯部的结构致密；棒头材料的梯度分布是为了增强材料的抗侵蚀性能。棒头的防粘接涂层组成包括Al₂O₃、SiO₂、P₂O₅、Na₂O、K₂O，涂层与基体粘接强度不高，容易脱落；塞棒的防氧化涂层组成包括Na₂O、Al₂O₃、SiO₂、K₂O、TiO₂、CaO，碱金属R₂O相多，高温下容易形成低熔点釉。硅钢中的夹杂物可能来自于防粘接涂层、防氧化涂层或塞棒棒头的侵蚀产物。

45钢中CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系夹杂物的塑性化控制

陈粤, 成国光, 张涛, 张友祺, 龙鹄, 郭俊宇

2023, 39(5): 82-89.

摘要 ( 62 )

PDF (7873KB) ( 47 )

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为了提高45钢中氧化物夹杂的变形能力，降低其对45钢盘条拉拔性能的有害影响，利用FactSage8.0热力学软件计算了45钢获得CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO系低熔点夹杂物所需的钢液条件，结合炉渣结构共存理论与含氧金属熔体理论，建立钢-渣模型，分析了与所需钢液条件平衡的炉渣成分。研究表明：将45钢中夹杂物控制为低熔点CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO系塑性夹杂物，钢中的[Al]和[O]含量范围分别为0.1-8ppm和20-40ppm；与此钢液条件平衡的炉渣成分如下：当炉渣中w

(CaO)=45%时，w

(Al₂O₃)=7.8%~17.5%、w

(SiO₂)=30.6%~40.4%；炉渣中w

(CaO)=50%时，w

(Al₂O₃)≤10.2%、w

(SiO₂)≥32.8%；炉渣中w

(CaO)=55%时，w

(Al₂O₃)≤2.6%、w

(SiO₂)≥35.4%。

150 t转炉高温烟气喷吹煤粉回收煤气工业实践

韩娟, 周建安, 李小勇, 李德虹, 杨军功, 王振强

2023, 39(5): 90-96.

摘要 ( 55 )

PDF (6209KB) ( 68 )

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转炉煤气是冶金工业中重要的二次能源。针对当前生产中存在回收煤气CO品位低、CO₂排量高等问题，本文介绍一种在150t转炉上试验的新工艺，该工艺通过在转炉汽化冷却烟道内喷吹煤粉，利用转炉煤气物理显热实现转炉煤气中CO₂还原转化，在降低转炉煤气回收过程中CO₂排放的同时，提升转炉煤气回收价值。工业试验分析了煤粉喷吹量对新工艺转化效果的影响，并以同炉型未实行新工艺的转炉作为对照组。结果表明，吨钢煤粉喷吹量6kg/t时，转炉煤气中CO和H₂平均含量提高了28.53 %、16.98 %，CO₂平均含量下降了43.27 %，O₂平均含量降低了45.07 %，煤气平均回收时间延长了165 s，煤气平均吨钢回收量增加了43.05 m³/t，煤气平均热值增加了1662 kJ/m³。同时煤粉利用率高达93 %，干法除尘系统未受到影响且达到排放标准，有效提升了转炉煤气的回收价值，因此，该工艺具备较广阔的应用前景。

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