LF精炼工艺智能控制与决策模型研究进展

LF精炼能有效控制钢水成分和温度,并且在炼钢–连铸之间起缓冲协调生产节奏的作用.在LF精炼中运用模型进行控制与决策,可以进一步规范精炼操作,提高钢水质量和稳定性,同时结合自动控制,将有力推动智能精炼的发展,实现炼钢流程的优化和效率提升.在钢铁行业智能制造的背景下,LF精炼工艺模型不再局限于单功能模型的建立和部署,开始朝着集成化、自动化和智能化的方向发展,同时其功能也由单一的预测和推荐转变为整体的智能控制和决策.因此,建立集成化模型,规范现场工艺,改善数据质量,同时结合自动化控制和闭环反馈,进一步来实现智能控制模型成为LF控制模型未来研究和应用的重要方向.本文总结了LF精炼控制与决策模型中关于合金化模型、造渣模型、温度模型、吹氩控制模型、钙处理模型等单功能模型以及智能精炼技术的发展与研究现状.系统梳理了不同模型的建模原理和实现功能,展望了未来LF工艺智能控制与决策模型的发展方向,为后续LF智能精炼技术的开发和应用提供参考.

薄板坯结晶器内卷渣现象的研究

基于相似原理，采用１∶１的水模型，模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液─保护渣界面的流场，通过采用ＳＧ２００水工数据采集系统对液而波动进行了定量测量．结合流场显示研究了薄板坯连铸结晶器内钢液的卷渣机理，得出了薄板坯连铸结晶器内钢液的主要卷渣方式为旋涡卷渣和剪切卷渣．研究了各工艺参数，即水日类型、浸入深度、水口出口倾角、拉速等，对保护渣卷人量、卷入方式、卷人深度的影响．

板坯连铸结晶器内钢液流场的三维数学模型

针对板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征，利用流场计算软件ｃｆｘ４．３，建立了一个三维有限差分模型，模拟了结晶器内钢液的流场和流动分布，同时应用水利学模型进行了验证．通过数值计算，研究了浸入式水口的出口倾角、浸入深度、拉速等工艺参数对板坯连铸结晶器流场的影响，为优化结晶器内钢液的流场，优化浸入式水口的设计提供了理论基础．

薄板坯连铸结晶器内流场的三维数值模拟

针对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动特征，利用商业软件CFX4．2，建立了一个三维有限差分模型，计算这一限定空间射流的紊流时均场，并采用均相流模型，模拟了结晶器内钢液液面形状及速度场．通过计算，分析了浸入式水口形状、拉速等工艺参数对薄板坯连铸结晶器流场的影响，同时，研究了结晶器出口处速度分布对结晶器内钢液流动的影响．

薄板坯连铸机新型浸入式水口

基于相似原理，采用１：１的水模型，模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液的流场．采用ＳＧ８００水工数据采集系统对结晶器内液面波动和注流冲击深度进行了定量测量．针对薄板坯连铸高拉速的需要，开发了一种新型的耗散型浸入式水口．通过研究耗散水日上下出口面积比、出口角度以及拉坯速度对结晶器液面波动和对结晶器窄边冲击情况的影响，找出了其中的变化规律，为优化耗散式水口的结构和工艺参数提供了理论依据．通过与普通双侧孔水口的试验比较，证明耗散型水口是一种适合薄板坯连铸高拉速生产的新型水口．

薄板坯连铸机浸入式水口的结构优化

以兰州钢厂薄板坯连铸机为原型，采用信噪比正交实验设计的方法，通过流场显示、波高测量及冲击力测量，研究了高拉速条件下，浸入式水口的出口角度、出口面积和插入深度对结晶器内流场变化的影响及变化规律．试验结果表明：出口面积比为1．3，出口角度向下倾斜5°，浸入深度为280mm，可以满足提高技速后生产的需要．

连铸中间包内钢液流动及其控制

对连铸中间包内钢液流动现象进行了水模拟研究和速度分布测量。研究表明,注入的钢流下降时吸收周围液体,形成扩张角10°～12°的射流,是中间包内流动的动量源。挡墙设置能改变钢液流动方向,是控制钢液流动的有效手段。对不同类型的挡墙设置方案。用示踪剂分布方法测量了流动特点及夹杂物的去除率,探讨了合理的挡墙设置位置。

稀土镧铈对钢液洁净度提高和钢材性能强化作用研究进展

我国稀土产业中元素应用失衡,高丰度镧、铈过剩,稀土在钢中的应用逐渐得到重视。文章综述了近年来国内外采用稀土镧铈处理钢的研究进展,包括稀土在净化钢液、变质夹杂物和微合金化方面的效果,设计稀土脱氧试验证明了稀土可作为钢液脱氧剂的可行性。介绍了稀土在强化钢材性能方面的表现,并介绍了稀土与碱金属协同净化钢液及低氧条件下稀土合金化的优越性。在总结现有成果的基础上,对稀土在钢中的高效利用进行了展望。

薄板坯连铸结晶器水模试验研究

以兰州钢厂薄板坯连铸机为原型，通过流场显示、波高测量及冲击力测量，研究了高拉速条件下．浸入式水口类型、插入深度、出口角度及出口形状对结晶器内流场变化的影响及变化规律。

炼钢过程中铁合金减量化技术研究

炼钢过程铁合金减量化有助于钢铁企业节能减排,并可节约其生产成本。本研究采用转鼓实验、数据分析和钢水量校准等方法,考察了合金粉化率、合金成分、合金收得率等对合金成本的影响。结果表明,合金粉化率升高,合金元素的收得率降低;当硅锰合金中Mn含量由64.7%提高至66.6%时,每吨钢的合金化成本由243.62元下降至241.89元,升高合金品位可降低合金消耗量。当钢水量偏差在-2%~0范围内时,合金化成本最低。因此,钢铁企业应定期检查钢包秤的精准度。

石墨电极高温氧化的动力学模型

根据气－固反应理论建立了石墨电极高温氧化动力学模型ＸＳ＝ｋＡ十ｋＢ·Ｑ，并通过高温氧化实验证明，内扩散和化学反应是影响其反应的限制性环节。

安钢板坯连铸机结晶器冷态模型和结构优化

以安阳钢铁公司板坯连铸机结晶器为原型 ,采用 1:1的比例建立起一套水模型模拟研究系统 ,正交试验得出浸入式水口的最优化参数 :水口出口倾角 2 0° ,浸入深度 2 0 0mm ,拉速 0 .8m min。

科研成果应用于工科教学研究

为了培养学生解决现实工程问题的能力和工程素养,提高冶金工程专业课教学质量,探索了科研成果应用于钢铁冶金课程教学模式。学生在课堂教学中接触到实际科研课题,借助科研教学应用平台模拟钢厂炼钢操作,通过对冶炼结果的分析可以发现不同冶炼工艺规律,并提出解决具体问题方案。该教学模式实现冶金原理与实践对接,学生自主学习和兴趣明显增加,取得了预期效果。

转炉吹炼模拟仿真软件用于工科教学

通过转炉炼钢吹炼过程的仿真实践教学平台,可以实现基于冶金基本原理及相关工艺流程的仿真实践形象化教学。模拟实践平台再现冶金生产工艺操作,实现专业知识与操作实践应用对接,增加学生自主学习和拓展应用专业知识能力,有利于教学质量提高。

炼钢过程仿真实践教学模式

基于炼钢过程的仿真实践教学平台,可以实现基于冶金原理及工艺流程的仿真实践形象化教学。通过模拟实践平台再现冶金生产工艺的操作,实现冶金原理与操作的对接,增加学生自主学习和拓展应用专业知识能力和兴趣,有利于教学质量的提高。

转炉炼钢过程喷溅模拟教学

通过对转炉炼钢过程中喷溅发生可能性的模拟,让学生在课堂上就可以充分认识到喷溅在何种条件下可能发生、发生程度以及喷溅产生的危害,并通过各类参数可调控化,加深对喷溅的理解。

矩形连铸中间包钢液流动现象的测定

对中间包内流场进行了模拟研究和测定,测得有上下挡墙和没有挡墙两种工况下完整的速度矢量分布。高速摄影观察表明,下降的钢流进入溶池后吸收周围液体形成扩张角为10°-12°的液-液射流。射流以较大速度冲击包底形成四周放射的扩张流,它是中间包内钢流流动的动量源。下挡墙能阻止底部液流,改变流动方向。对于水口上方出现旋涡漏斗的临界高度也进行了模拟实验研究,发现上升过程和下降过程的临界高度值不相同。

连铸异型坯凝固过程的数值模拟

为了解决连铸异形坯的表面及内部裂纹问题,以实测异形坯连铸工艺参数作边界 条件,采用有限元方法,利用ANSYS商业软件对铸坯的凝固发展过程进行了数值模拟,模拟 结果与实测铸坯表面温度吻合.计算结果表明,对于SS400异型坯,在当前的工艺条件下,仅 有圆角处的表面温度在二冷区中前段,温度处于高温塑性区,铸坯的其他部位表面温度均落 在相应钢种的低温脆性区.因此二冷区可以进一步采用弱冷方式,使异型坯在二冷段和矫直 辊前的表面温度处于高温塑性区.

转炉冶炼IF钢终点氧含量控制分析

转炉冶炼终点钢水中的氧是产生钢中夹杂物的根源,对钢的洁净度有着不利的影响。为了加强转炉终点氧含量的控制水平,提高产品的内部质量。通过对某厂转炉冶炼IF钢现场试验研究,分析了转炉终点碳氧含量的分布状态,研究了碳含量、炉龄、终点温度和氧耗量等因素对终点氧含量的影响规律,并提出了降低转炉终点氧含量的技术措施。

高级别管线钢精炼工艺分析

对LF-VD、RH-LF和LF-RH三种精炼流程生产管线钢过程进行了系统取样和综合分析.结果表明:三种工艺均可生产高级别管线钢,但LF-RH流程可生产纯净度和洁净度更高的产品;不同精炼手段具有不同的精炼功能,但由于生产流程中相续精炼工序渣量和渣组成等的相互关联和制约,各精炼工序均会受到上下游精炼工序的影响.