烧结机烟气循环技术

伴随着钢铁行业微利时代的到来,同行之间竞争更加激烈,国家对环保要求日益严苛,该背景下,在占钢铁企业能耗大户的烧结工序实施烟气循环烧结技术显得尤为重要。烧结烟气循环技术是将全部或选择性收集的部分温度和氧含量较高,污染物浓度较低的风箱烟气,返回到烧结烟气罩后再次进入烧结料层循环利用的技术。该技术不仅能有效利用烧结烟气余热,还能显著降低烟气中的污染物排放。以天铁360 m^(2)烧结机配备的烟气循环系统为研究对象,分析了烟气循环技术应用后对CO、SO_(2)以及NO_(x)的减排效果及机理。结果表明,烟气循环后,风箱烟气中CO的平均含量较常规烧结上升了15.6%,一方面循环烟气中本就含有少量CO,另一方面由于循环烟气相较空气其氧含量较低导致燃料不完全燃烧比例增加,自带与新生的CO随着循环烟气重新进入料层参与了烧结过程。烟气循环对SO_(2)和NO_(x)等污染物的减排率分别达到29.5%和31.2%,有效降低了烧结过程SO_(2)和NO_(x)排放量,同时热烟气的循环对提高烧结矿质量及降低燃耗有利,烧结固耗由应用前的49.01 kg/t降低到48.19 kg/t,产量提升2.2%。在烧结烟气循环技术运用后,实现了烧结提质、降耗和减排的综合效果,有助于企业满足日益严格的环保要求。

高炉放散煤气治理技术

总结了高炉均压放散煤气和休风放散煤气治理技术的研究进展和应用情况。高炉均压放散煤气干法回收技术自2014年起逐步在京津冀地区率先获得推广应用至今,经过多次迭代更新,最终形成了“三级除尘+高效引射+智能控制”的引射法均压煤气干法全回收技术,该技术成熟可靠,已在国内多数高炉上获得成功应用。对于高炉休风放散煤气治理技术的研究仍处于发展阶段,当前的主流技术路线是利用现有煤气净化设施,通过在调压阀组区域并联引射器,对高炉休风末期、炉顶放散阀开启前的炉内低压煤气强制回收进入管网,可实现休风煤气全量回收,达到应收尽收,在休风结束时,高炉炉顶放散阀开启前,炉顶压力可降至0~1 kPa。但该技术仅适用于长期休风和短期休风,不适用于降料线休风和事故紧急休风。鉴于高炉休风过程的煤气回收操作是一项危险性作业,对休风放散煤气的治理还需在确保安全的前提下谨慎选择。选择技术方案时,需要综合考虑节能环保、投资、运行维护成本对高炉生产的影响以及系统是否能安全可靠运行等多方面的因素,采用性价比高的技术实现钢铁企业的长期绿色发展。

连铸机末端重压下对高建Z向钢铸坯质量的影响

针对铸坯内部中心偏析、板材探伤合格率(80%以下)低的问题,河钢集团唐山中厚板材有限公司在280 mm×1800 mm断面板坯连铸机10#、11#扇形段位置实施了重压下技术,总压下量达到24 mm,在生产高建Z向钢时,铸坯致密度提高,中心偏析明显改善,铸坯晶粒尺寸随着压下量的提高显著细化。利用低倍、金相组织分析,以及铸坯碳偏析指数、致密度和真密度等实验,分析了重压下对连铸坯内部质量的影响。结果表明:随着压下量的增加,铸坯中心偏析与疏松逐步改善,低倍C级品率由原来的85%提高至98%;连铸坯断面组织也发生晶粒的细化,有明显的细化晶粒效果;当铸坯中心偏析为C级1.0时,中心碳偏析指数均可有效控制在1.10以内;铸坯的真密度整体提升,重压下工艺下铸坯中心位置真密度提升0.17%;C级≤0.5级比例≥98%;铸坯中心偏析C级率(≤0.5级比例)综合比例达92.9%。重压下技术应用后,高建Z向钢铸坯晶粒尺寸随着压下量的提高显著细化,中心偏析得到明显改善。

高建钢Q420GJZ35大型夹杂物行为

对河钢集团唐山中厚板材有限公司生产的高建钢Q420GJZ35大型夹杂物的种类、数量、尺寸等进行了试验研究,并在钢包渣、中间包覆盖剂、中间包打结料中分别加入Ba、La、Ce示踪元素追踪夹杂物来源。研究结果显示:稳态坯中大型夹杂物总体含量为16.8 mg/10kg;非稳态铸坯中含量最高36.2 mg/10 kg,根据示踪检测结果,部分夹杂黏附有钢包渣、结晶器保护渣和保护渣,其中结晶器卷渣是夹杂物的一个重要来源。通过优化改进浸入式水口,将水口由单侧口改为双侧口,侧孔长度由105 mm改为100 mm,水口出口为带圆角的方孔,并进行数值模拟分析。结果显示,改进型水口计算结晶器流场分布合理,表面波动较小,符合设计要求,有利于表面钢液的合金化和杂质的上浮。

工艺参数对电弧增材制造工件的影响

电弧增材制造具有高沉积速率、高质量、无尺寸限制的特点,能够满足具有高机械性能要求的中大型部件的制作需求。电弧增材制造AlMg合金过程中制备工艺参数对工件的宏观形貌、微观组织及力学性能均会产生重要影响。本文通过研究焊丝盘松紧度、焊接速度、焊接电流和层间等待时间对电弧增材制造AlMg合金成形的影响,确定了最佳制备工艺参数。研究表明,焊丝盘松紧度为2时,增材设备送丝顺畅,焊道成形效果好;焊道成形与热输入有关,焊接速度越小,增材过程产生的热输入值越大,当焊接速度为36 cm/min时,单道焊缝的成形缺陷最少,成形效果良好;焊接电流越大,增材过程产生的热输入值就越大,当焊接电流为65 A时,焊道形貌均匀;层间等待时间增加到150 s时,合金晶粒为均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸降至52.9μm。

低碳炼铁技术探讨

本文从减碳潜力的角度分析探讨了富氢碳循环氧气高炉技术和氢基竖炉直接还原技术的应用前景。以富氢碳循环氧气高炉技术为代表的长流程低碳冶炼技术降低碳排放量的理论极限约50%,有助于我国钢铁工业现阶段实现较大的减碳效果,而采用富氢气体作为还原剂的竖炉工艺,在技术层面已具备进一步提高氢气比例的能力,甚至可以将氢气比例提高到100%,通过化学反应、反应热力学和反应动力学等机理分析,探讨了MIDREX和ENERGIRON工艺不同参数选择的本质原因。在还原气相同时,MIDREX工艺和ENERGIRON工艺的竖炉内气体中H_(2)/CO不同,是由重整方式不同决定的,H_(2)/CO越高越符合氢冶金的需求;竖炉内压力越高,还原速度越快,还原气体利用率越高,可以提高单位容积竖炉的产量,减小设备总重量;气体入炉温度主要由炉内气体成分决定,为充分发挥H_(2)的还原能力,同时避免炉内粘结的发生,气体入炉温度选择在950℃左右,H_(2)比例高,气体入炉温度可以适当提高。

45钢水口结瘤原因及控制

研究了45钢生产过程中中间包水口结瘤问题的原因并提出了改进措施。利用高速数据采集系统及EDX荧光分析技术监测了钢液波动情况及水口结瘤物的成分。结果表明:高熔点Al_(2)O_(3)非金属夹杂物和钙处理过程形成的CaS在中间包浸入式水口内壁聚集是水口结瘤的原因。减少Al_(2)O_(3)的产生量,同时防止过量的[Ca]与[S]形成CaS是解决水口结瘤的根本措施。通过将钢水成品钙含量控制在6×10^(-6)~10×10^(-6);LF过程渣料配比二元碱度控制在3.5~5范围,做到硫含量可控,同时硫合金化前置到VD真空前;将LF离站铝含量控制在≤0.015%;VD真空后减少合金化种类,铝合金化后进行钙处理,间隔时间设定为3~5 min;钢水过热度控制在25~35℃等工艺措施改善了45钢的可浇性,实现了整浇次稳定生产,中间包水口结瘤问题随之解决。

废钢检验的现状分析与展望

在双碳背景下,废钢的综合利用尤为重要。而废钢质量的好坏和成本高低则直接影响了企业的生产效率和经济效益,故国家标准《GB/T 39733-2020再生钢铁原料》对废钢的质量检验提出了更高的要求。本文从放射性污染物、爆炸性物品、危险废物、夹杂物、化学成分、锈蚀和镀层方面分析了废钢检验的现状,并对废钢检验技术的发展进行了展望。指出,利用通道式放射性检测装置对进厂废钢进行初检非常有必要;危险废物鉴别标准与技术规范有待完善,鉴别程序可操作性不强;利用激光诱导击穿光谱法可对废钢成分进行快速测量,相关决定系数和均方根误差较满意;基于颜色特征和纹理特征的废钢锈层识别算法,可准确识别训练集和预测集的废钢锈层。加强废钢检验标准体系建设、加大按化学成分对废钢进行精细分类的研发力度,尤其是基于激光诱导击穿光谱技术对废钢成分进行在线、快速、准确、定量分析是其未来的发展方向。

回转窑高温气氛调节磁化焙烧工艺

磁化焙烧是在一定温度和气氛条件下,将褐铁矿、菱铁矿、沉积型赤铁矿等类型的弱磁性铁矿转变成强磁性铁矿物,再通过弱磁选工艺将其中的含铁物料与脉石进行分离的工艺。回转窑是传统的铁矿石磁化焙烧设备,普遍将0~15 mm铁矿石及还原煤从入料端加入,存在产能低、能耗高、焙烧矿质量差、窑内“结圈”的问题,为此,提出一种难选铁矿石全粒级高温气氛调节磁化焙烧工艺。该工艺将5~15 mm粗粒级矿先入窑干燥、预热和前期预还原,改善粗颗粒矿还原磁化过程动力学条件;常温0~5 mm细粒级矿石和高挥发分的煤分批次同步后入窑,通过高温还原气氛调节手段,控制料层中还原气氛浓度保持在一个较低的水平,保证粗颗粒表面和芯部、粗颗粒和细颗粒间均匀还原,稳定Fe 3O_(4)的生成。在焙烧温度950℃、还原时间30 min、还原剂配比1.8%、还原剂粒度5~10 mm的工艺条件下,0~15 mm镜铁山粉矿的磁化焙烧效果最佳;稳定焙烧试验中焙烧矿采用两段磨矿三段磁选的流程,可得到精矿TFe品位58.26%、金属回收率90.29%的磁选指标。

带钢无头连铸连轧技术发展现状

带钢无头连铸连轧技术(ESP)是在传统热轧工艺基础上进行改进的工艺,有更高的工作效率、成本优势和产品竞争力。连铸过程中,钢水在结晶器内有着复杂的热/力学行为,精确控制钢水在结晶器内的流动、传质、凝固、受力和溶质再分配,是保证铸坯质量的关键。本文介绍了ESP工艺的研究背景,阐述了其工艺优势和国内发展状况。在此基础上,着重分析了连铸结晶器中温度场的变化、保护渣的作用以及轧制时的温度场变化,为ESP工艺优化提供理论参考。通过对ESP工艺的优化设计进行深入分析,对产线中因高拉速造成的轧辊磨损快和难以批量生产特殊钢种的问题,提出在线换辊、一对一设计产线工艺参数以及保护渣化学成分,并结合ESP工艺特点及我国冷轧钢市场,对“以热代冷”的可行性进行了分析。认为,国内薄板钢“以热代冷”具有广阔的发展前景,但目前研发生产的“以热代冷”热轧板较少,仍需要进一步探索。虽然ESP工艺已经能生产超薄规格的热轧带钢(<1.0 mm),但却无法实现量产,对于相同化学成分的钢材,不同的铸造工艺也会有很大的显微组织及力学性能差异。目前,ESP工艺对板材内部组织转变的影响仍未建立一个完整的理论体系,钢材内部组织转变及合金元素扩散的影响将是未来研究的重点方向。

感应加热中间包钢液氢含量控制

重轨钢氢含量是影响质量的关键因素之一。包钢感应加热中间包运行初期,重轨钢等钢种常常出现首炉氢超标的现象。基于此,本文详细分析了感应加热中间包钢液氢含量超标的主要原因,并对中间包材料、耐火材料和连铸工艺进行了优化改造。研究发现,中间包感应加热上线后,预制件数量较多,常规烘烤方式很难实现有效烘烤,这是导致包钢钢液氢含量偏高的主要原因;通过改进耐火材料材质,使用PVC管替代铁皮作为通道模具,利用下线铸坯和中间包的余热以及外置烧嘴对流钢通道预烘烤,烘烤时添加烘烤喷嘴,同时提前对预制件进行烘烤、浇注前氩气置换以及浇注工艺优化等方式,有效实现了浇次首炉氢含量低于2 ppm的目标。中包感应加热运行后生产了154个浇次不同钢种,氢含量全部满足目标要求,同时碳偏析指数平均降低了0.013,提高质量的同时获得了显著的经济效益。

汽车板切边质量控制与改善

质量是钢铁企业的生存之本,全面提升产品质量、降低生产成本,是企业可持续发展的重要措施。对于高级别镀锌汽车板来说,表面质量要求更加严格,质量控制是汽车板生产的重中之重。高等级汽车板在经过连退或者镀锌热处理后需进行圆盘剪切边处理,以保证带钢达到客户的尺寸要求,良好的切边质量是客户稳定使用的保证。切边不良缺陷是汽车板生产过程中发生率较高的缺陷,需对容易造成切边不良缺陷的点位进行重点分析治理,并制定一系列缺陷预防与控制的措施,才能保证产品质量的稳定性。常见的切边不良缺陷主要由圆盘剪工艺参数不良、去毛刺辊效果不佳等原因造成。为提高圆盘剪切边质量及运行稳定性,对剪切过程中的亮印、划伤缺陷产生原因进行了深入分析和改善,通过优化剪刃切边参数、强化剪刃装配精度、匹配剪刃使用310、318 mm肖氏80度的5 mm倒直角上下压环、选用辊面直径为1000 mm的去毛刺辊等措施,汽车板的边部质量得到显著改善,切边不良率降低至0.5%以下。

变形量对冷拉拔低碳镀锌钢丝力学性能的影响

冷拉拔低碳镀锌钢丝以良好的耐蚀性能、焊接性能、与力学性能协同匹配的良好综合性能和低廉的价格广泛应用于轻工业及建筑行业,其中变形量是影响其力学性能、生产成本及良品率的关键因素。通过显微组织分析、力学性能测定、断口观察,研究了Q235冷拉拔低碳镀锌钢丝不同变形量下的加工硬化过程,并分析了断丝及钢丝表面出现箭头状裂纹的原因。结果表明:真应变从0增加到2.41的过程中,抗拉强度、横纵截面硬度随应变量增加呈抛物线状增加,抗拉强度从586.8 MPa增加到1157.1 MPa,横截面硬度比纵截面增加了5.8 HV。塑性变形初期,加工硬化率最大,为364.7 MPa。真应变从0增加到1.91过程中,加工硬化率从364.7 MPa降低到162.2 MPa,真应变从1.91增加到2.41的过程中,加工硬化率又增加到了172.0 MPa。钢丝中存在CaO夹杂物是导致钢丝出现断丝和表面箭头状裂纹的主要原因。

偶发性堆钢下热轧线材内部质量特征分析

热轧带肋钢筋是颇具代表性的建筑领域用线材,然而在冶炼过程中偶发性的堆钢事故制约了热轧带肋钢筋的高效生产。因此,企业急需从堆钢样品的质量特征中总结经验。通过在堆钢现场取中轧试样和精轧试样,结合金相、ASPEX自动扫描电镜、小样电解和场发射扫描电镜分析,重点从夹杂物的角度对堆钢下热轧带肋钢筋的内部质量进行研究。ASPEX自动扫描电镜分析结果显示,非金属夹杂物在中间样和成品样中均主要为Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类和MnS类,10μm以下夹杂物以MnS类为主,40μm以上夹杂物以Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类为主。金相分析显示,中间样和成品样中的夹杂物形貌多样,以条带状、点状、不规则块状和三角状形貌特征为主,并均可观察到内部有明显裂纹缺陷,且成品样中可观察到钢中出现“异相”不溶物。小样电解和FESEM扫描电镜分析显示,中间样和成品样中能观察到夹杂物为单体氧化物、复合氧化物和硫化物3种类型,复合氧化物呈现尺寸层级全覆盖,成品样中CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系复合氧化物表现出一定的基体“附着性”。

大型高炉炉缸铁口直径及铁口深度的数值模拟

高炉作为钢铁企业的主要设备之一,其使用寿命和工作状态在很大程度上影响了钢铁企业的经济效益及社会效益。面对新时期的“碳达峰、碳中和”新目标,高炉需要进一步向大型化、现代化、高效化、长寿化方向发展。目前国内多座大型高炉在炉役期内,炉缸都曾出现过较为严重的侵蚀现象,炉缸寿命成为限制大型高炉寿命进一步发展的限制性环节。调查结果显示,炉缸炭砖主要受铁水冲刷侵蚀、碱金属和锌对炭砖的破坏以及高温热应力的影响。针对铁水对炭砖的冲刷侵蚀,使用Fluent软件研究了5500 m^(3)高炉不同铁口直径及不同铁口深度对炉缸铁水流场及温度场的影响。研究结果表明,当铁口直径从55 mm增大到75 mm时,炉缸侧壁附近铁水流速和炭砖热面温度均会增加;当铁口深度从3.3 m增大到4.3 m时,炉缸侧壁附近铁水流速和炭砖热面温度均会降低。在高炉生产过程中,适当增加铁口深度及降低铁口直径有利于降低炉缸铁水流速和炭砖热面温度,从而延长高炉的使用寿命。

基于TCN-DenseNet的烧结矿FeO含量预测

烧结矿FeO含量是烧结工序的一项重要质量和能耗指标,也对高炉冶炼有直接影响。针对目前化学检测法检测烧结矿FeO含量时存在较长时间滞后的现状,本文提出了一种时域卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)与密集连接卷积神经网络(Densely Connected Convolutional Network,DenseNet)混合的烧结矿FeO含量预测方法。首先采用TCN建立烧结矿FeO含量的时间序列预测模型,同时采集烧结机尾断面红外图像,采用DenseNet建立烧结矿FeO预测模型,通过自适应加权平均方法将两者的输出结果进行整合,获得最终的烧结矿FeO含量预测值。针对烧结矿层断面红外图像的特征,对DenseNet进行了添加注意力层、修改卷积块结构,并修改了浅层卷积层大小和步长等改进措施。在国内某钢铁公司的大型烧结机的实际生产数据上对模型进行了验证,经过数据处理、模型参数优化等操作后,本文所提的TCN-DenseNet混合模型的烧结矿FeO含量预测在测试集绝对误差±0.4%以内命中率可达94.34%,均方根误差为0.21,优于单独使用TCN或者DenseNet进行建模时的预测效果。该方法对提高烧结矿FeO含量预测的准确性和稳定性效果显著,可以为烧结现场的生产操作提供数据支撑。

25CrMnMo钢表面缺陷成因分析及控制

通过宏观形貌观察、微观组织(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析了25CrMnMo钢管生产过程中表面缺陷产生的原因,并进行了系统优化。通过对25CrMnMo钢的理化性能分析,发现钢管表面宏观缺陷存在结晶器保护渣剥落现象,而微观分析发现钢管皮下含有许多大尺寸FeO-Na2O-Al2O3-CaO不规则夹杂物。同时,将钢管表面缺陷处夹杂物成分与长水口、浸入式水口以及炉渣成分、结晶器内保护渣进行对比分析,发现钢内夹杂物中Na、Al为结晶器保护渣的代表元素,推断原工艺条件下,卷入且来不及上浮的结晶器保护渣在凝固前沿时被凝固坯壳捕获,并形成表面及皮下夹杂缺陷是25CrMnMo钢管出现缺陷的主要原因。通过将浸入式水口的插入深度由80~130 mm改为90~130 mm,电磁搅拌电流由300 A降为200 A,频率3.0 Hz不变等降低卷渣指数的措施,有效改善了25CrMnMo钢结晶器卷渣问题,提高了铸坯质量。

Mn-S与Mn-V-S非调质钢热塑性规律对比

采用Gleeble-3800热模拟试验机测定了Mn-S、Mn-V-S两种非调质钢不同高温条件下的热塑性,并分析了不同温度区间两种钢的断裂失效机制。结果表明,两种钢在800~850℃温度区间均出现了抗拉强度下降幅度最小的现象,主要原因为800~850℃温度区间处于部分再结晶区,温度升高再结晶程度升高,晶粒得到进一步细化,强度得到补充。Mn-S钢在850~1200℃温度区间平均每升高100℃,抗拉强度降低53.9 MPa。Mn-V-S钢的抗拉强度变化总体较为均匀,平均每升高100℃,抗拉强度降低53.9 MPa。Mn-V-S钢中V元素在950℃以下析出第二相粒子,减少了固溶C含量,抗拉强度低于Mn-S钢,在950℃以上V发生回溶,两者强度趋于相近。两种非调质钢断面收缩率变化可分为线性上升和平台期两部分,以1000℃为分界线,Mn-S钢750~850℃温度区间断面收缩率随温度升高增长幅度较小,850~950℃温度区间塑性得到较大幅度提升,900~1200℃范围内钢断面收缩率均超过90%。Mn-V-S钢750~1000℃温度区间断面收缩率随温度升高增长幅度较为均匀,在900℃后断面收缩率均在90%以上,1200℃达到最高,最高值为99.4%。750~850℃温度区间两种钢的断面收缩率低于80%,主要原因是先共析铁素体沿晶界呈网状分布,导致拉伸时产生应力集中,建议实际生产中避开该温度范围变形。

200 t转炉底吹长效化技术

结合某公司200 t转炉的生产实践,研究了转炉底吹元件、底吹布置、底吹流量等因素对底吹效果及寿命的影响。通过对比底吹效果,将底吹元件由集束式改为双环缝式;底吹布置方式从单圈布置改为双直径双圈布置;同时通过数值模拟,优化了熔池搅拌混匀时间和底吹强度控制,底吹效果及寿命取得大幅提高。优化后,当转炉炉龄8848炉时,底吹寿命与炉龄能够保持同步,炉龄末期底吹眼目视可见,碳氧积、终点氧、脱磷率等指标均取得明显进步。全炉役碳氧积平均0.0016,较优化前降低0.0005;月均全炉次终点氧从457×10^(-6)降低至378×10^(-6),降低79×10^(-6);转炉铁水脱磷率从平均86.9%提高到88.7%,且在低磷钢冶炼方面取得明显进步,转炉终点达到了痕迹磷的极限脱磷效果,在同样双渣操作模式下,低磷钢转炉终点磷稳定控制到20×10^(-6)以下,平均11×10^(-6),最低达到4×10^(-6),较优化前平均降低30×10^(-6),脱磷率达到99%以上,为冶炼极低磷洁净钢提供了条件,实现了品种生产新突破。

渗碳工艺对摆线轮组织和性能的影响

以20CrMoH钢作为RV减速器摆线轮的原料,经调质和等温正火两种工艺预处理后,在渗碳温度880℃,渗碳压力1500 Pa,保压时间25 s,渗扩比1∶5,渗碳时间分别为45 min和65 min工艺下进行低压真空渗碳热处理,利用直读光谱仪、光学显微镜、洛氏硬度计、显微维氏硬度计、激光三坐标仪器及Geomagic Qualify软件等分析方法对热处理后样品的碳含量、微观组织、表层硬度、渗层深度和变形量进行了研究。结果发现,两种预处理的摆线轮在渗碳后表层到心部的组织基本一致,表面碳含量保持一致,表层洛氏硬度相差0.1 HRC,渗层深度相差0.007 mm,变形量也基本一致,表明这两种不同的预处理工艺对渗碳摆线轮组织、力学性能及变形量的影响较小;当渗碳时间从45 min延长到65 min时,摆线轮组织更加均匀,表面碳含量增加了0.05%,表层洛氏硬度提高了0.3 HRC,渗层深度增加了0.2 mm左右,变形量有所减小,表明延长渗碳时间会增加摆线轮的表层碳浓度、表层硬度及渗层深度,同时使摆线轮的组织更均匀,变形量更小。