中间包等离子体加热技术研究进展及应用

在钢铁行业面临转型升级的新常态形势下,借助智能装备驱动钢铁产业向绿色高端化发展,有望实现钢铁生产组织的最优化。连铸中间包实现恒温、低过热度浇铸可有效改善钢材质量,为此发展中间包加热技术十分必要。针对近年来日益受到重视的中间包等离子体加热技术的相关热点问题,系统阐述了其加热原理和设备特点,介绍了等离子体加热技术国内外设备、冶金功能研发以及应用进展状况,重点分析了等离子体加热技术对中间包内钢液流场、温度场、夹杂物去除、钢液化学成分的影响,以及实际应用冶金效果。基于对等离子体加热技术研究和应用的深入认知,探讨了国内自主研发新型中空石墨电极加热过程发现的新问题,以及进一步提高其冶金效果的途径。分析表明,国内自主研发的中空石墨电极等离子体加热装置,更好的适配了国内钢铁行业变革需求,是解决浇铸钢水过热度不稳定、钢水洁净度水平低和钢水组织成分不均匀问题的有效途径,补齐精准定位“一键加热”中间包的智能化短板。

融合全监督学习的半监督矿石粒度预测算法

针对选矿过程矿石粒度分析精度的提高依赖于有标签样本数量,以及传统全监督建模方法泛化性能较差的问题,提出了融合全监督学习的半监督矿石粒度预测算法。以运矿皮带上应用图像获取的矿石粒度数据作为研究对象,利用半监督学习获得无标签的图像识别矿石粒度样本伪标签,扩展数量有限的原始标签样本,以提高矿石粒度预测模型的性能。采用筛分法获取的矿石粒度数据集来验证融合全监督学习的半监督预测算法,结果表明,融合全监督学习的半监督预测算法的模型决定系数达到92.1%,均方根误差和平均绝对误差分别为0.023和0.02,相较于传统全监督建模方法,该模型的预测精度显著提高,为提高矿石粒度检测精度提供了有力的技术支撑。

提升风电消纳的绿氢钢铁冶炼系统动力学建模

富裕风电电解水制氢,耦合高污染的钢铁冶炼过程,既促进炼钢产业低碳转型,又可有效提升风电消纳能力。为了模拟绿氢钢铁冶炼对风电消纳能力的影响,综合考虑钢铁冶炼的可靠性、氢能发展的经济性以及风力发电的环境性,确定绿电-氢能-钢铁冶炼耦合系统内部交互关系和反馈机制;结合钢铁行业发展趋势和绿氢替代潜力,建立了提升风电消纳的绿氢钢铁冶炼系统动力学模型;同时考虑到政府支持力度与制氢技术的发展,构建差异化情景,分析不同条件下的氢能需求规模和风电消纳水平。基于新疆案例表明,加大氢冶金支持力度和提高制氢电解效率,能够有效提升钢铁行业的绿氢替代率并加速绿氢成本降低,进而实现风电的全额消纳,有效解决“弃风”难题。

绿色钢铁的工程设计与实践

钢铁技术的演变和进步见证了人类社会工业化的历程,现代钢铁技术的发展历史是一段不断创新、不断突破的历程。文章以山东永锋、云南玉昆和湖北荆州等项目为例,探索钢铁行业流程再造、产业链延伸和钢材全寿命使用周期重建等碳减排技术策略,提出和总结钢铁行业实现生产低碳化的设计理念与实践路径。

我国特种冶金产品、技术和装备的最新进展与展望

航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲,对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求,需求量激增。因此,最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先,分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次,分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势,重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极,也可以为真空感应炉提供纯净原材料,用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时,也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次,分析和总结了我国特种冶金产业发展现状,以及新技术和新装备的进展情况。最后,对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。

稀土对20CrMnTi齿轮钢夹杂物和疲劳性能的影响

为深入探究稀土(La/Ce)对20CrMnTi齿轮钢中夹杂物和疲劳性能的影响,采取多种分析测试方法对20CrMnTi和加入0.0027%稀土处理后的20CrMnTi-RE齿轮钢中的夹杂物进行分析和表征,并进行超高周疲劳试验,对比分析疲劳性能变化。结果表明,稀土可与齿轮钢中的O反应,形成稀土氧化物,并与其他CaS、MgAl_(2)O_(4)等夹杂物复合共生,成为TiN的形核核心,由CaS-MgAl_(2)O_(4)-(MnS)-TiN的复合相转变为CaS-MgAl_(2)O_(4)-(MnS)-RE_(2)O_(3)^(-)TiN复合相。加入稀土后,20CrMnTi钢中夹杂物数量显著降低,尺寸>30μm的夹杂物基本消失。此外,稀土改善了齿轮钢的抗疲劳性能,在10~7周次,50%的失效概率条件下,加稀土的齿轮钢的疲劳极限比未加稀土的齿轮钢高26.6MPa,具有更优的抗疲劳性能。

基于化学分析的钢铁生产生命周期资源效率研究

随着我国经济的飞速发展,资源的快速消耗带来了严重的环境污染和资源耗竭问题。因此,如何合理配置自然资源,实现资源开发利用社会效益和经济效益的最大化,是可持续发展进程中所要考虑的重要问题。本研究针对钢铁产品生产过程中产生的资源耗竭问题,基于材料的资源消耗清单及方法数据,运用材料流程资源耗竭㶲表征模型,对钢铁产品生命周期内的累计㶲贡献及流程资源效率进行分析。

钢铁冶金过程铁前工序绿色智能制造的进展与展望

“碳达峰”“碳中和”等一系列概念提出,推动钢铁行业绿色智能制造升级。钢铁冶金生产过程中,铁前前端工序需要消耗大量能源,加快研究钢铁冶金过程铁前工序绿色智能制造,符合可持续发展战略要求。文章研究了钢铁冶金过程铁前工序绿色智能制造的进展与展望,在掌握铁前工序与低碳冶金技术概念的基础上,从运行状态智能感知、运行参数智能控制、运行性能智能优化、钢铁冶金过程智能协同管控几个方面出发,分析了钢铁冶金过程铁前工序绿色智能制造技术要点,同时,强调了钢铁冶金过程铁前工序绿色智能制造发展前景与方向,有助于提升整个铁前全流程性能,且优化控制钢铁冶金过程铁前工序过程。

氢气在钢铁冶金和有色金属冶金中的应用研究进展

对氢气在炼铁和有色金属的火法冶炼领域的应用研究进行了较为全面的综述。在钢铁冶金领域,氢冶金工艺在中国还处于试验研究阶段,多数企业还是以焦炉煤气、化工副产品等作为氢源冶炼为项目目标;在有色金属冶炼领域,氢气已用于钼粉、超细钨粉的生产,而大部分有色金属的氢气冶炼工艺仍处于理论研究或实验室研究阶段。

1250 m3高炉炉况失常原因分析与控制

分析了罗源闽光1250 m3高炉炉况失常的原因,并总结了炉况的恢复过程和实际效果。认为高炉频繁加减风调整产能,慢风率高,外购焦炭质量不佳,烧结矿碱度和亚铁波动幅度大,Al2O3含量高,入炉铅、锌含量高排出率低等原因,造成了高炉炉缸不活、堆积,进而导致炉况失常难以恢复、产量低、消耗高,频繁烧小套。通过改善入炉焦炭的质量,停用高硫焦,降低入炉锌负荷,稳定烧结矿的碱度和亚铁含量,并降低Al2O3含量,调整下部送风制度,堵风口,改善炉缸初始煤气流分布,调整上部装料制度,发展边缘和中心两道气流,保证顺行,降低炉渣碱度,搭配大剂量的锰矿、萤石热洗,炉前增加铁次、换大钻头开口等措施,高炉炉况逐步恢复,炉缸中心温度逐步上升至正常水平,高炉各项指标恢复至正常。

PID调节技术在高炉煤气稳流节能中的应用

本文分析了PID调节技术的原理及参数调试方法,探讨了基于PLC的煤气稳流PID控制方案,在实现了煤气流量稳定的同时,达到节能减排的目的。

基于改进灰色模型的钢铁工业生产能耗预测研究

在双碳目标背景下,开展钢铁工业生产能耗预测研究对于钢铁工业降低生产能耗和提升效益具有重要作用。为科学预测钢铁工业生产能耗,基于2010—2022年钢铁能耗数据,通过建立DNGM(1,1)、IDGM(1,1)和DDGM(1,1)3种改进的灰色预测模型,对吨钢综合能耗和吨钢可比能耗进行数据预测和误差对比分析,选出最优模型,得到2023—2025年吨钢综合能耗和吨钢可比能耗预测结果。研究表明:灰色预测模型在钢铁能耗预测中具有可行性和适应性;DNGM(1,1)模型在钢铁工业生产能耗预测中整体模拟性能最优;2023—2025年吨钢综合能耗和吨钢可比能耗将持续下降。基于研究结果,建议我国钢铁行业进一步优化生产工艺和技术,改善能源结构,并加大对节能减排技术研发的投资,以达到节能降耗的效果,促进节能减碳目标的早日实现。

连续浇铸复合铸造法制备铝包钢双金属导线

针对包覆焊接法制备铝包钢线工艺复杂、能耗大的缺点,采用连续浇铸复合铸造法制备了铝包钢线,并系统性地研究了浇铸温度对铝包钢线两相结合面的显微组织演变及复合材料性能(硬度、导电率、密度)的影响.结果表明:当浇铸温度为820℃时,在铝和铁两相的界面结合处形成的扩散带中,Fe的质量分数为40.3%,Al的质量分数为59.7%,两相结合生成Fe_(2)Al_(5),此时铝包钢线的性能达到最佳,两相界面结合处的显微硬度(HV)为204,样品电导率为53.23%IACS(国际退火铜标准),密度为4.36 g/cm^(3).

钢铁企业物质流与能量流及其相互关系

把大型钢铁企业的生产系统分解为相互关联的物质流动和能量流动过程两部分.针对其中的物质流动过程,构造从天然铁矿石(或废钢)到钢铁产品生产过程的物质流图,并建立含铁物料流动过程的铁流模型;针对能量流动过程,构造从一次能源到二次能源产品的生产、转换和使用直至废气排放的能量流图,并建立钢铁企业能量流模型;考虑物质流和能量流的相互关联和制约,建立两者的耦合模型.基于模型,讨论了钢铁生产过程中物质流变化、能量流变化及其相互作用对企业能耗及资源效率、能源效率的影响,指出了提高资源效率、能源效率的努力方向.

钢铁企业高炉煤气供需预测模型及应用

以钢铁企业高炉煤气系统为研究对象,采用灰色关联度分析了高炉煤气产生量、消耗量的影响因素与煤气量的关系.基于人工神经网络预测方法,建立了高炉煤气BP神经网络预测模型,对钢铁企业各生产工序中高炉煤气的产生与消耗量进行预测,探讨了企业在正常生产、事故检修等工况下各工序的煤气产生量和消耗量预测的合理性.研究表明:所建立的预测模型精度高、误差小,能有效解决实际生产中高炉煤气的供需预测问题,从而减少高炉煤气放散,为企业制定合理煤气使用计划提供了理论依据.

蒸汽喷射器的CFD数值模拟及其性能

根据喷射器的结构特点,建立了蒸汽喷射器二维CFD模型,研究了工作参数(工作流体压力、引射流体压力和混合流体压力)和结构参数(混合室收缩段长度、等截面混合室长度和直径、扩压室长度和工作喷嘴结构等)对蒸汽喷射器性能的影响.研究表明:①等截面混合室长度和直径、工作喷嘴喉部直径以及喉管面积比φ存在使喷射系数达到最大的最佳值;②CFD不仅是预测喷射器性能的有力工具,而且使人们更加清晰地了解喷射器内流动和混合过程.

高炉炼铁过程多目标优化模型的研究及应用

基于高炉炼铁过程的物质与能量守恒,采用多目标优化方法,建立了以能耗、成本及CO2排放为目标的高炉生产过程优化数学模型,并将该模型应用到某大型钢铁企业.编制程序得出优化结果,经与实际生产数据比较,验证了模型的正确性.优化结果表明:能耗、成本和CO2排放量均有不同程度降低.同时,利用模型分析了焦比、煤比、烧结矿品位等因素对高炉炼铁生产过程的影响,提出了高炉节能、降耗、减排的方向和措施.

基于NSGA-Ⅱ算法的高炉生产配料多目标优化模型建立

高炉炼铁是一种典型的高能耗、高排放、高污染工业,合理的配料方案对高炉节能减排至关重要。基于高炉炼铁过程中的物质与能量守恒和高炉炉料结构理论,建立了以最小化生产成本和CO2排放量为目标函数的高炉生产配料多目标优化模型,该模型采用非支配排序多目标遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)进行求解,最终得到高炉生产配料多目标优化问题的Pareto最优解集。并将所得到的最优解与柳钢实际生产数据进行比较,结果表明建立的模型能使成本和CO2排放量都有相应程度的降低,验证了该模型及NSGA-Ⅱ算法的正确性。炉长可以根据该多目标优化结果针对不同的需求选择相应的炉料配比,实现更精确的操作。

钢铁联合企业煤气系统优化分配模型

分析了钢铁联合企业副产煤气在煤气柜和自备电厂锅炉间的优化分配问题,就煤气柜的柜位控制、自备电厂锅炉燃料负荷变化、外购燃料价格变化等对操作成本的影响展开讨论,针对这些问题设置了相应的操作惩罚函数并建立了钢铁联合企业煤气供应系统优化分配数学模型.通过模型求解可知,煤气供需差距通过煤气柜和自备电厂锅炉之间的优化分配得到解决,减少了外购燃料的消耗,降低了锅炉燃料负荷的频繁变化,提高了发电效率,实现了煤气的零放散,使煤气供应系统安全、经济、稳定运行.

钢铁企业燃气互换性研究

以钢铁企业普遍应用的加热炉为研究对象,从热平衡方程入手分析燃气在不同燃烧条件下的燃料利用系数.通过燃气互换性计算,从火焰稳定性、热负荷强度和合理置换等方面研究了适合于工业类加热炉及锅炉动力类设备的燃气互换性问题,具体研究了不同热值高、焦混合煤气置换纯焦炉煤气的可行性,得出在满足生产工艺要求下不同燃气的置换.研究表明:当空气消耗系数n=1.05,燃气混合体积比α≥0.3时,混合煤气的热值大于7 860 kJ/m3,用来置换焦炉煤气,可满足生产工艺要求,节约煤气资源,减少环境污染.