炼钢过程中环保型炉外精炼技术的应用与挑战

全球范围内对环境保护重视程度的显著提升,使得钢铁业需要重新审视其生产方式对环境造成的负担。行业转型的背景下,炉外精炼技术创新扮演了重要角色,此技术不仅显著提升钢粒品质,而且提高生产过程的效率,对于环境保护发挥了重要的作用。本研究针对当前环保议题下钢铁行业炉外精炼技术的具体应用与所面临的各种挑战进行了深入剖析,旨在为钢铁产业转型升级提供理论支持与实践指导。

转炉氧枪射流融合距离的数值研究及工业应用

融合距离是研究多股射流特性的一个重要指标,不仅可以直接反应射流的偏移程度、射流刚性,也可以体现对熔池的搅拌程度。本研究在前人工作的基础上修正了融合距离的计算方法,通过CFD数轴模拟对修正后的融合距离进行了重新计算,确定了260 t转炉用氧枪在不同喷嘴倾角下的融合距离。结果发现:氧枪喷头夹角越大,射流融合距离越大。将融合距离与现场冶炼经验相结合,确定了喷孔夹角为16°的氧枪为最优方案,对应实际吹炼过程的化渣枪位为2.78 m。研究内容对现场吹炼化渣枪位的指导具有实际意义。

不同钢包底吹氩模式对钢液精炼效果的影响

以180 t双孔底吹氩钢包为研究对象,对6种钢包底吹氩模式进行数值模拟,并结合现场试验与当前采用的吹氩模式进行对比。研究发现:(1)钢液的混匀时间随吹氩量的增加而减少,吹氩量一定时,差流量吹氩模式对钢液的搅拌强于等流量吹氩模式。(2)不同的钢包底吹氩模式,渣眼形成的位置不同,渣眼面积也不同。总流量一定时,差流量吹氩模式钢液面最大流速大于等流量吹氩模式,易发生钢液卷渣。(3)差流量吹氩模式渣线处渣层厚度的波动大于等流量吹氩模式,且流量差值越大,波动越剧烈。(4)差流量吹氩模式通过“强-弱”流股的配合,进一步强化了钢包底吹氩的钢液精炼效果。工业试验表明,采取等流量吹氩模式(500 L/min—500 L/min),钢中的较大夹杂物的数目明显多于差流量吹氩模式(400 L/min—600 L/min)。

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”。

含硼冷镦钢LF精炼成渣行为研究

结合化学成分、矿物组成、显微组织和相图分析,深入探讨了某钢厂含硼冷镦钢的LF精炼成渣过程。结果表明:LF精炼渣的三元碱度(CaO/(SiO_(2)+Al_(2)O_(3)))从2.25降至2.02;精炼进站渣样的主要矿相为CaO、Ca_(6)Al_(7)O_(16)、Ca_(3)MgSi_(2)O_(8),出站渣样矿相为CaO、Ca_(6)Al_(7)O_(16)、Ca_(2)SiO_(4)、FeB;进站渣样中钙镁黄长石、钙铝酸盐、氧化钙相互交织,出站渣样呈现玻璃化分层,硅酸二钙相呈聚集性分布,钙铝酸盐和氧化钙嵌布其中;LF精炼后熔渣的NBO/T比值从4.00降至3.34,解离程度降低。

热处理工艺对微合金化等温马氏体轴承钢组织与力学性能的影响

在传统轴承钢GCr15的基础上,添加合金元素Si、Mo以及微合金元素V得到一种新型微合金化轴承钢,并优化传统马氏体轴承钢的热处理工艺,将新型微合金化轴承钢在M_(s)(马氏体开始形成的温度)点以下进行等温处理,得到等温马氏体组织。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、洛氏硬度计、冲击实验和拉伸实验等研究了不同热处理工艺对微合金化等温马氏体轴承钢微观组织和力学性能的影响。结果表明:实验钢在M_(s)以下等温后组织主要由马氏体(M)、残留奥氏体(RA)以及未溶碳化物组成,当等温时间延长至60 min时,组织中出现了少量针状贝氏体。经不同工艺热处理后实验钢的硬度均在61 HRC以上。实验钢在170℃等温淬火后,冲击韧性相对较高,原因是组织中有较多的残留奥氏体,但较高的残留奥氏体含量降低了其抗拉强度。在170℃等温淬火15 min后,实验钢的综合性能较好,其硬度、冲击韧性和抗拉强度分别为62.4 HRC、52 J/cm^(2)和2139 MPa。

大中型转炉底吹模拟研究与结构优化

优化转炉底吹布置方式,对于减小熔池内死区占比,改善熔池内部流体的动力学特性具有重要意义。本文以260t转炉为对象,提出“小集团”布置形式,通过数值模拟建立底吹模型,优化“小集团”布置方案。结果表明:“小集团”形式非对称集中布置在0.4D和0.6D上,并且“小集团”夹角为15°时,转炉池具有最好的动力学特性;基于该方案的布置,底吹流量720Nm^(3)/h时取得最佳效果,继续增加流量熔池死区比例与混匀时间减少不再明显。相关结论为大型转炉的底吹优化提供借鉴。

10B21冷镦钢BOF-LF过程钢渣渣化行为研究

在钢铁长流程冶炼过程中,各环节稳定高质量生产都离不开炉渣的重要作用,流程性成渣过程的深入研究对强冶降本、提质增效和资源回用影响显著。本文以10B21冷镦钢生产为背景,研究钢渣在BOF-LF过程的渣化行为。结果表明,经过BOF-LF过程,从化学成分角度,钢渣的二元碱度(CaO/SiO_(2))陡升,而三元碱度(CaO/(SiO_(2)+Al_(2)O_(3)))和全碱度([(CaO)+(MgO)+(MnO)+(FeO)]/[(SiO_(2))+(Al_(2)O_(3))+(P_(2) O_(5))])均呈现下降趋势。从矿物组成分析,转炉渣的主要矿相为CaO、Ca_(2)SiO_(4)、(Mg,Fe)O、Ca_(2)Fe_(2)O_(5)、Ca 2(Al,Fe)_(2)O_(5),而精炼渣的矿物组成主要为CaO、Ca_(6)Al_(7)O_(16)、Ca_(2)SiO_(4)、FeB。从显微组织形貌分析,观察到转炉渣样以板条状、珊瑚状形貌的硅酸二钙为主体矿相,其余各矿相在渣中无序分布。在精炼渣中,可观察到含玻璃化分层结构,生成的硅酸二钙和钙铝酸盐呈现聚集性分布。结合熔渣结构的理论计算,钢渣的NBO/T值由转炉渣的8.34下降到精炼渣的2.93,解离程度呈现下降趋势。

含硼冷镦钢10B21热变形过程中的静态再结晶行为

在Gleeble-1500热模拟机上对10B21冷镦钢进行单道次压缩试验,研究了变形温度(950、1000℃)、变形速率(0.1、1、10 s-1)、预应变(0.10、0.15、0.20)、初始晶粒尺寸和间隙时间对10B21冷镦钢静态再结晶行为的影响。对不同变形条件下的奥氏体晶粒进行观察,并构建了10B21冷镦钢静态再结晶动力学模型及晶粒尺寸模型。结果表明,静态再结晶体积分数与变形温度、变形速率、预应变、间隙时间呈正相关;静态再结晶晶粒尺寸与变形温度、初始晶粒尺寸呈正相关,与变形速率、预应变呈负相关。通过计算获得10B21冷镦钢静态再结晶激活能为221036 J/mol,晶粒尺寸模型试验值与计算值的相关系数R^(2)=0.99,该模型预测值准确率较高。

链箅机-回转窑球团工艺中结圈物对耐火材料的侵蚀

在链箅机-回转窑球团工艺中,结圈物侵蚀耐火材料问题是生产潜在隐患。基于年产120万t的链箅机-回转窑球团生产过程中出现的实际情况进行研究,分析结圈物侵蚀耐火材料的路径及机理。结果表明,结圈物中Fe_(2)O_(3)组分对耐火材料固溶矿化是其侵蚀的主要驱动力,并且Fe_(2)O_(3)微晶自由迁移渗透导致耐火材料侵蚀逐步加深;在回转窑喷吹煤粉模式下,整修开炉后失常含壳球团的生成归因于煤粉燃烧产生的低熔点粉煤灰;结合矿相组成分析和失常含壳球团的成因,得知粉煤灰是结圈物对耐火材料侵蚀行为的潜在参与者。研究结果可为回转窑结圈侵蚀控制与预防提供指导。