铬渣对烧结矿矿相结构及冶金性能的影响

铬渣中含有毒性很强的Cr(Ⅵ)和大量有价金属铁,将其作为烧结原料不仅可以利用还原性气氛还原铬渣中的Cr还可以回收其中的有价金属,实现铬渣的无害化和资源高效利用。为探索在烧结过程中铬渣配加对烧结矿冶金性能的影响,本文开展添加铬渣对烧结矿矿相、烧结参数及烧结矿转鼓强度、低温还原粉化和软熔性能的影响规律研究。研究结果表明:在烧结生产中需控制铬渣配入量为3%以下;随着铬渣配比的增加,烧结矿的产量、产率以及烧结速度降低;烧结矿中复合铁酸钙黏结相质量分数减少,硅酸盐黏结相增加,导致烧结矿的转鼓强度由54.93%下降到47.46%;烧结矿中赤铁矿晶粒由粒状变为斑状以及骸晶状,使低温还原粉化指数由59.77%下降到52.46%,但当铬渣配比增加到9%时,矿相中出现了板状赤铁矿和针状复合铁酸钙的交织状结构,低温还原粉化指数增加到59.07%。由于铬渣中含有10%的Al 2O_(3),生成的富铝渣会降低软化开始温度,增加软化区间,恶化料柱透气性。本文研究成果可为铬渣的综合利用提供理论基础。

氢基竖炉最佳开炉条件的数值模拟研究

利用组分输运模型对不同孔隙度、入口温度、H2含量条件下氢基竖炉开炉5 h的升温情况进行了模拟研究。结果表明,当还原气体组分及入口温度保持不变时,随着孔隙度的增大,炉内中心温度总体呈现升高的趋势;当孔隙度与入口温度保持不变时,炉内中心温度随着还原气体中氢气含量的增高而降低;当孔隙度与还原气体成分保持不变时,炉内中心点温度随着入口温度的上升而升高。氢基竖炉的最佳开炉条件为孔隙率0.40~0.42、还原气体中H_(2)和CO体积占比为40%和60%、入口温度1173 K。

磷石膏的综合利用及其在建筑材料领域的应用研究进展

磷石膏是湿法制备磷肥工艺过程中的副产物,主要物相是CaSO_(4)·2H_(2)O。我国磷石膏产量居世界第一,综合利用率却不到50%,堆存量已达8亿吨,对生态环境造成了严重破坏,因此,探索磷石膏的有效利用途径已迫在眉睫。本文对磷石膏综合利用主要领域的研究现状进行了分析,其中磷石膏在化工领域的利用率仅有5%,在农业领域的利用率也只有2%,而建筑材料领域是目前磷石膏的主要应用领域。目前将磷石膏应用于水泥缓凝剂、石膏砌块和水泥砂浆已经实现了工业化;将磷石膏应用于胶凝材料和路基材料,由于浸出毒性的问题,并未大规模应用;将磷石膏用作填充剂则因为材料强度较低,仅仅停留于实验室探索阶段。最后展望了未来无害化利用磷石膏技术研究的发展趋势,以期为解决磷石膏的堆存问题提供参考。

吹氩模式对钢包内多相流流动行为影响的数值模拟研究

以某钢厂150 t钢包为对象,通过数值模拟手段研究了吹氩模式和吹氩流量对钢包流场、钢渣界面行为和壁面剪应力分布的影响。结果表明:单孔吹氩模式下,钢包内环流远端流速低,钢渣界面流动不活跃,易导致此处渣层冷凝结壳;双孔等流量吹氩模式下,随着吹氩流量增大,钢渣界面流速增加,但其流动活跃性降低;双孔差流量吹氩下,大吹氩流量时钢渣界面能维持一定范围的活跃流动。当吹氩流量在120~240 L/min范围,单孔吹氩所形成的渣眼面积大于两种双孔吹氩模式;当吹氩流量超过240 L/min,双孔等流量吹氩下渣眼面积最大,双孔差流量吹氩对应的渣眼面积最小。另外,单孔吹氩下壁面剪应力最大,应力面积较小,双孔等流量吹氩下剪应力虽然显著降低,但分布区域面积增大。综上所述,双孔差流量吹氩模式可以在提高钢液精炼效率的同时,降低对钢包内衬耐火材料的流动侵蚀。

钢液真空处理过程中Mn挥发动力学研究

Mn作为提高钢材强度的主要元素之一,在钢液真空处理过程中的挥发会对钢材成分及质量控制产生不利影响,因此,明确钢液中Mn的挥发机理,并据此精确调控钢液中Mn含量,对于保证钢材质量显得尤为重要。本研究针对X80管线钢的真空精炼处理过程,分析了气相压强和熔炼温度对钢液中Mn挥发行为的影响。结果表明:随着熔炼温度的升高和气相压强的降低,钢液中Mn挥发速率明显加快;在熔炼温度1903 K、气相压强19 Pa、处理时间40 min条件下,Mn挥发率高达92.26%。在熔炼温度1823~1973 K、气相压强19~670 Pa条件下,Mn挥发遵循一级反应规律,其表观挥发速率常数在(0.41~26.56)×10^(-5)m/s范围内;在气相压强19~670 Pa、熔炼温度1903 K的条件下,Mn挥发主要受气相传质的限制;在气相压强226 Pa、熔炼温度1823~1973 K的条件下,Mn挥发的表观活化能达到120.20 kJ/mol,限制性环节为气-液界面反应;本研究条件下,液相传质对Mn挥发速率的影响较小。

氧气体积分数对钒钛磁铁矿球团氧化过程的影响

提高高炉球团配比有利于降低钢铁行业的污染物和碳排放,为了使钒钛磁铁矿球团在高炉中得到更好的应用,本文研究了氧气体积分数对钒钛球团氧化速率的影响,利用动力学模型分析了其氧化反应的控速环节,分析了钒钛球团氧化过程物相组成、矿相结构等演变规律。结果表明:富氧能促进钒钛磁铁矿球团的氧化,钒钛磁铁矿球团的氧化过程符合未反应核模型,氧化过程前期以界面化学反应控速为主,后期以内扩散控速为主,内扩散阻力大于界面化学反应时的氧化度随着氧气体积分数的增加而降低。钒钛磁铁矿球团的氧化伴随着Fe_(3)O_(4)→Fe_(2)O_(3)、Fe_(2.75)Ti_(0.25)O_(4)→Fe_(2)TiO_(4)/FeTiO_(3)→Fe_(9)TiO_(15)的物相转变过程,在预热氧化过程会出现赤铁矿连晶,致使矿物间的孔隙率降低,氧气内扩散的阻力增大,氧化反应的速率降低。

转炉碳磷氧化转折温度的热力学模型

高碳出钢对于提高钢液洁净度十分有利,但同时也给转炉脱磷带来了严峻挑战。针对高碳出钢时脱磷时间缩短、冶炼中后期发生回磷现象等问题,建立了基于离子分子共存理论(IMCT)的转炉碳磷氧化转折温度的热力学模型。通过该模型预测了最佳一次倒渣温度区间。为了避免冶炼中后期发生回磷现象,应在合适的倒渣温度区间内倒渣,同时实现转炉双渣吹炼一次倒渣高效脱磷。结合现场生产数据及脱磷热力学,重点分析当一倒渣碱度、一倒渣中MgO含量、一倒渣中FeO含量等参数变化时对各组元活度的影响,从而判断出对最佳一倒温度区间的影响,找到碳磷发生选择性氧化的最佳温度区间。

三辊行星轧制含铋奥氏体不锈钢棒材的工艺参数优化

为解决含铋(Bi)奥氏体不锈钢棒材在三辊行星轧制中的芯部开裂问题,本文采用Brozzo延性断裂准则和有限元模拟方法,确定了三辊行星轧制含Bi不锈钢棒材的断裂阈值,采用5因素、4水平正交实验对材料延性断裂行为的影响因素进行极差分析,获得了一组最佳轧制工艺参数,即:加热温度1200℃、摩擦系数0.4、轧辊轴线与轧件轴线偏转角度6°、轧辊与轧件倾斜角54°、轧辊转速60 r/min,利用优化参数进行现场轧制,结果显示,所得含Bi奥氏体不锈钢轧件芯部无明显裂纹。

低品位块矿烧结工艺正交试验优化研究

为了合理利用低品位矿产资源,以褐铁矿、赫章块矿为研究对象,设计四因素三水平正交试验,分别使用褐铁矿、赫章块矿、烧结矿作铺底料,研究了烧结碱度、MgO含量、配碳量对烧结成品率、烧结矿转鼓强度与冶金性能等烧结指标的影响,并获得了优化的烧结工艺参数。验证试验结果表明,选取褐铁矿作烧结铺底料,最佳烧结工艺参数为:烧结碱度2.2、配碳量6.0%、MgO含量1.9%,在此工艺下烧结成品率可以达到72.80%,烧结矿转鼓指数68.01%,低温还原粉化性83.0%,还原性85.08%;在烧结过程中能有效脱除块矿所含结晶水、硫等有害杂质,提高块矿铁品位,冶金性能得到改善,有助于高炉顺行。

新能源汽车驱动电机用无取向硅钢应用现状和性能调控研究进展

汽车和钢铁是我国的支柱产业。新能源汽车可以缓解汽车对化石燃料的依赖,降低温室气体排放量,减少环境污染,具有广阔的应用前景。驱动电机是新能源汽车的动力中心,铁芯是驱动电机实现能量转换的关键部件。无取向硅钢是目前性价比最高、商业化应用最普遍的铁芯材料。开发高频下低铁损、高磁感、高强度的驱动电机用无取向硅钢,是实现新能源汽车产业高质量发展的前提。高品质无取向硅钢可以提升新能源汽车驱动电机能量转换效率、输出功率,延长其使用寿命,并降低材料成本,因而倍受行业关注。本论文从满足铁芯加工装配、保证能量转换效率、降低制备和使用成本、适应电机工作环境变化四个方面归纳出新能源汽车驱动电机对无取向硅钢性能的特殊要求;评价了国内外驱动电机用无取向硅钢主要生产企业的技术开发现状和不同规格产品的铁损、磁感、强度指标;综述了国内外通过优化合金成分体系设计、组织结构调控、制备工艺及产品规格来提高新能源汽车驱动电机用无取向硅钢性能和产品性能评价方面的研究进展;分析了目前驱动电机用无取向硅钢制备和使用过程中存在的问题;指出了未来新能源汽车驱动电机用无取向硅钢的发展趋势,以期为我国新能源汽车驱动电机用高强度无取向硅钢的研发和低成本制造提供参考。

冶金离子熔体电导率测定技术进展

冶金离子熔体是高温电解冶炼、金属精炼等冶炼过程中的反应介质或多相反应的直接参与者。为保证冶炼过程的顺利进行,冶金离子熔体必须具有适宜的物理化学性质。电导率作为冶金离子熔体的一项重要物理化学性质,在冶金生产过程中对控制产品质量、生产效率、能耗和成本等具有重要意义。此外,电导率与离子熔体结构、离子迁移、导电机理和电极反应机理息息相关,研究冶金离子熔体的电导率也有助于研究冶金的基础理论。因此,电导率对冶金领域的重要性不言而喻,它的精确测定一直以来都是冶金工作者关注的一个重点。液态电解质电导率的测定通常在电导池中进行。但冶金离子熔体温度往往很高,导致电导率的测定存在困难,诸如合适的电导池的构建以及电极材料的选择。在测定原理的指导下,已经发展了多种电导率测定技术,目前测量冶金离子熔体电导率常用的方法有交流二电极法、交流四电极法、连续改变电导池常数法(CVCC法)和同轴圆筒法。交流二电极法和交流四电极法由于其电导池结构相对简单,电极、电导池材料获得容易,适用范围广,在监管生产过程中或在需要快速获得电导率数据的情况下得到了广泛应用。相对于交流二电极,交流四电极的优越性在于将测定电压和电流的电极分开,测定电压的电极上几乎没有电流经过,无需考虑电极和引线电阻。但这两种方法在电导池结构上均存在缺陷,使得测试的精度难以把握。CVCC法和同轴圆筒法相对于前两者,在电导池结构上的优越性使得它们的测定精度较高,可在对精度要求较高的情况下使用。但它们的电导池结构通常较为复杂,CVCC法在某些条件下需要特定的材料才能满足实验要求,从而导致实验成本高;同轴圆筒法尽管在电极对中的条件下具备免标定的优势,但高温下依然存在电极变形的影响,同时该法的电导率测试范围受到实验条件下能构建的电导池大小的限制。本文主要对上述四种电导率测定方法的原理、技术优缺点、操作、使用条件及测定效果等进行了归纳总结;此外还对四种电导率测定方法之间的联系进行了简单分析,以期指导实验室电导率的测定。

锌在高炉原燃料中富集规律的实验研究

本文设计了一种新的实验方法,模拟了高炉气氛条件下锌的富集规律,研究了锌蒸气随煤气从高温到低温过程中,锌在焦炭和烧结矿上的赋存形态。结果表明,493~905℃温度范围内,锌以极微小或絮状ZnO存在于焦炭表面,以淡黄色ZnO壳存在于烧结矿表面;当低于493℃时,锌以白色的ZnO和珠状金属锌存在于焦炭表面,但烧结矿表面未直接观察或检测到含锌物质。

工艺参数对吹氩结晶器内液态保护渣流动性的影响

通过建立吹氩结晶器水模型,研究了吹氩流量、拉坯速度、液态保护渣初始黏度对结晶器内液态保护渣流动性的影响。结果表明,吹氩流量较小时,水口附近区域液态保护渣含气率高,液态保护渣表观黏度大,随着吹氩流量的增大,液态保护渣黏度峰值向远离水口方向偏移,同时沿结晶器宽度方向上液态保护渣表观黏度差值和液态保护渣的流动性差异性均有所增大;随着拉坯速度的增大,水口附近区域的保护渣表观黏度呈下降趋势,靠近结晶器窄面区域的保护渣表观黏度呈上升趋势;随着液态保护渣初始黏度的增大,水口附近区域保护渣表观黏度呈先上升后下降的趋势,靠近结晶器窄面区域保护渣表观黏度则变化不显著。

LF喂纯Ca与CaAl包芯线对DC01钢的冶金效果的影响

为了优化CSP工艺生产DC01钢的钙处理冶金效果,利用SEM+EDS分析了浸入式水口结瘤物的组成,研究比较了纯Ca与CaAl包芯线处理钢中夹杂物特征的演变规律与改性效果,探讨了铝对钙的收得率的影响。结果表明,CaAl线处理钢形成的水口结瘤堵塞物为改性不完全的钙铝酸盐、Al_2O_3以及MgO·Al_2O_3。钢中Al含量的变化对钙蒸气压与收得率的影响不大。在相同喂线速度、喂线量的情况下,与CaAl线相比,纯Ca线处理钢中残钙量、钙的收得率更高,夹杂物的改性效果更好。

SCR7000连铸连轧铜杆扭转裂纹的关键影响因素

针对SCR7000工艺生产低氧光亮铜杆的扭转裂纹问题,采用SEM+EDS、OM等研究了铜杆中的杂质元素,中心与边部的晶粒尺寸及硬度差异,铜坯凝固组织异常等关键影响因素对扭转裂纹的影响。结果表明:铜杆扭转裂纹中存在Fe、Ni、Cr、Si等杂质元素的局部富集,产生了应力集中,诱导了铜杆表层的扭转裂纹。分析认为,这些杂质元素主要来自浇包、过滤器及钢溜嘴等材料的熔损;铜杆中心部位的平均晶粒尺寸、硬度与边部的差异大,导致扭转裂纹敏感性大,这是铜坯的入轧温度、轧制过程的铜杆冷却不合适、轧机与铜坯间的摩擦作用以及SCR7000工艺多道次轧制所致;铸轮结垢的严重程度与扭转裂纹的发生率存在明显的正相关关系,这是严重的铸轮结垢导致铜坯凝固组织异常所致。

搅拌方式对多级钒页岩浸出槽内多相流行为的影响

钒页岩湿法提钒是一个多级浸出过程,现有的研究多将浸出槽视为单一的封闭容器,与现实情况不符,且作为新工艺的吹气搅拌机理和效果未有详细报道。采用数值模拟的方法,对比分析有无进出料口搅拌槽内流场与相分布,并研究搅拌方式对有进出料口搅拌槽内的多相流动行为的影响。结果表明:有无进出料口的搅拌浸出槽内流场有明显区别,同等机械搅拌条件下,有进出料口的近自由液面区域的死区由3.3%降低至1.8%,底部的死区则由1.07%降低至0.46%。当搅拌方式由仅吹气搅拌改变至仅机械搅拌时,顶层搅拌桨上部的区域流速由0.16 m/s增大至0.28 m/s,近自由液面的死区由8.5%降低至1.8%,底部死区的比例由2.68%降低至0.46%。而采用机械和吹气联合搅拌时,反而可能会削弱钒页岩的悬浮效果。

La含量对高锰奥氏体钢焊缝金属微观组织及力学性能的影响

采用埋弧焊工艺制备含镧(La)高锰奥氏体钢(Fe-24%Mn)焊缝金属,研究了La含量对焊缝金属微观组织、非金属夹杂物类型和尺寸分布及力学性能的影响。结果表明,当La含量依次为0、0.042%、0.098%时,焊缝金属中典型夹杂物分别为Mn-Al-Si氧化物+MnS复合夹杂物、La_(2)O_(3)夹杂物、La 2 O 2S夹杂物,夹杂物平均尺寸分别为0.56、0.43、0.48μm,数量密度分别为4845、5605、5950个/mm 2。与未添加La的焊缝金属相比,适量La的加入明显细化了焊缝金属凝固组织,并提高了其力学性能。其中La含量为0.042%的焊缝金属表现出最佳的力学性能,其断裂方式为韧性断裂,断口形貌表现为密集分布的小尺寸等轴韧窝。这可以归因于细小且数量众多的La_(2)O_(3)与初生奥氏体点阵的错配度低,有效促进了奥氏体异质形核,细化了凝固组织;另外,位于韧窝底部的La_(2)O_(3)与基体之间良好的结合能力有助于延缓裂纹扩展至夹杂物时的应力集中,从而增强了焊缝金属的力学性能。

Mn-V低合金钢冲击韧性低原因分析

以Mn-V低合金钢为研究对象,对经不同热处理后冲击性能不合格的试样进行断口和组织分析,结果表明,热轧态魏氏组织和带状组织是造成材料冲击韧性不合格的主要原因,正火后消除了魏氏体组织和部分条带状组织,但由于冷速控制不当产生了大量的M/A岛块状组织,M/A岛与铁素体界面发生解理开裂,它破坏了基体的连续性,造成冲击韧性极低而易断裂。经920℃淬火+650℃回火的调质处理后,带状组织几乎完全消失,主要是多边形铁素体和回火索氏体,其韧性极高,改善了材料的冲击韧性。

原料配比对铁焦冶金性能和微观结构的影响机制

铁焦是高炉实现低碳炼铁的主要潜在技术之一。分析了不同原料配比下铁焦的抗拉强度、机械强度和热性能的演化特性。同时,结合光学显微镜、SEM-EDS、BET和XRD等表征手段分析了原料配比对铁焦显微组织、孔结构和碳结构的影响机制。研究结果表明,铁焦中较低的孔隙率和更均匀的孔隙结构有助于提高其抗拉强度。当铁矿粉质量分数超过10%后,铁焦机械强度显著降低。综合考虑铁焦的机械强度和热性能,铁矿粉的添加量(质量分数)不宜超过15%。通过调整1/3焦煤添加量来优化铁焦的冶金性能,当添加量(质量分数)在20%~22%时,铁焦机械强度达到了二级焦的等级。铁焦反应性随着1/3焦煤含量的增加呈现先降后升的趋势,其深层原因是碳结构与微孔结构的变化。

FeO影响CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3体系中含铬尖晶石晶体析出的热力学分析

不锈钢渣中的铬以尖晶石矿物相状态赋存时不易溶出,有利于钢渣的资源化利用。本文基于熔体非平衡凝固理论,采用热力学数据库FactSage 7.0研究了FeO添加量对CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Cr_2O_3不锈钢渣体系中尖晶石晶体析出温度、析出量、化学组成及铬元素赋存状态的影响规律。模拟计算结果表明,尖晶石晶体为高温析出相,主要由MgCr_2O_4和FeCr_2O_4组成;随着FeO添加量不断增多,尖晶石晶体的析出温度逐渐降低,其最终析出量逐渐增加,析出物中FeCr_2O_4所占比例增加而MgCr_2O_4相对减少;铬元素的赋存状态未受FeO添加量变化影响,仍以尖晶石固溶体形式存在。