底吹搅拌技术在电弧炉中的应用与发展

发展电弧炉短流程炼钢是钢铁工业实现“双碳”目标的重要途径。近年来,现代电弧炉技术发展迅速,电弧炉底吹搅拌技术也在不断进步和推广,对电弧炉生产的高效化和节能化作出了重要贡献。针对电弧炉底吹搅拌技术的机理、工艺特点、系统组成、气体种类、底吹元件类型及工艺布置方式进行综述,并对底吹技术的应用情况进行总结分析。模拟计算得出,远离底吹装置的区域,钢液流速明显偏低。结合炉型特点布置底吹装置及优化底吹气量,可改善熔池动力学条件,促进钢液元素传质,实现降低能耗和原材料消耗、提高生产效率的效果。深度开展底吹技术研发,与吹炼、供电、喷粉等工艺技术耦合,并结合新炉型特点制定底吹工艺制度,实现智能化底吹是发展现代电弧炉短流程技术的重要方向。

铁水包脱磷工艺及自动化模型研究

针对某不锈钢厂铁水包脱磷工艺脱磷率低、物料消耗波动大、自动化程度低等问题,本文开发了铁水包脱磷模型。模型直接读取PLC现场设备工艺参数,并通过二级平台读取计划、钢种标准及化验成分等信息,实现铁水脱磷工艺操作参数下达、生产设备状态和工艺参数显示、生产数据存储和历史数据报表查询等功能。采用脱磷模型的炉次平均脱磷率为93.2%,脱磷模型P成分命中误差区间在±0.015%的离线验证,在线验证命中率分别为94.2%和90%,基本达到工艺生产需求。

全废钢电炉炉门喷吹技术与工艺应用

从电炉喷吹技术发展、电炉吹氧工艺、喷粉造泡沫渣机理等角度,对全废钢电炉炉门喷吹技术及工艺进行了研究,并结合水平连续加料电炉冶炼特点,对电炉炉门喷吹技术进行了改进优化。生产实践表明,优化后的炉门喷吹系统可大幅提高废钢熔化速度,降低耐材冲刷,提高碳粉利用率。100t Consteel电炉电耗由400 kW·h/t降至340 kW·h/t,氧耗由30 m^(3)/t(标准)降至26 m^(3)/t(标准),碳粉耗量由28 kg/t降至22 kg/t,炉龄由平均300炉增加至400炉,冶炼周期由48 min缩短至42 min,高效低成本效果显著。电炉炉门喷吹技术下一步的发展方向一定是升级装备技术,提升智能化水平,与现代电炉的发展水平相匹配。

石油套管钢LF精炼过程T[O]和夹杂物的控制

通过对100 t LF精炼37Mn5套管钢时1 540～1580℃钢水中稳定氧化物夹杂含量与T[O]的关系以及钢-渣平衡时渣碱度对钢中活性氧含量影响的分析,提出降低钢中T[O]和夹杂物含量的改进工艺措施。热力学计算和试验结果表明,当[Al]s为0.03%～0.04%,精炼渣碱度为3,(CaO)/(Al_2O_3)=3～3.5时,37Mn5钢中的氧含量降到10×10^(-6),管材基本消除了粗系夹杂,细系夹杂A+B+C+D≤5.0级,达到使用要求。

喷粉冶金在100t Consteel电炉冶炼中的应用

从电炉喷粉冶金原理、喷粉冶金装备、喷粉造泡沫渣等角度,对电炉喷粉冶金系统进行了研究,并结合多年电炉工艺及装备实践经验,对电炉喷粉系统进行改造优化。生产实践表明,新系统可大幅提高电炉功率因数,可使100t Consteel电炉碳粉耗量由28 kg/t降至22 kg/t,电耗降至350 kW·h/t,缩短冶炼周期至42 min。总而言之,喷粉冶金在电炉上的应用可节约能源,提高生产效率,确保钢水质量。

铝电解用NiO/Fe梯度功能电极的制备及其腐蚀行为

采用传统粉末冶金技术制备铝电解用NiO/Fe金属陶瓷惰性阳极,并研究其在Na3AlF6-Al2O3熔体中的腐蚀行为。结果表明,金属Ni与NiO陶瓷的润湿性能较好,NiO/Fe金属陶瓷的致密化容易实现,表现出相对好的耐蚀性。当分子比=2.3和氧化铝浓度近饱和时电极腐蚀率最小。

100tLF炉底吹流场优化研究

结合前期水模拟结果,利用FLUENT软件对100 t LF炉进行了底吹氩气的多相流数值模拟,模拟结果表明:优化后钢包熔池速度与湍流动能分别增大了12.2%和15.1%,死区体积减小了35.6%,有利于钢包内熔池的传热、传质以及夹杂物去除等。将优化后钢包底吹位置应用于某100 t LF炉,结果表明:T[O]去除率提高了6.3%,增[N]率降低了11.5%;大型夹杂物去除率提高5.7%;总夹杂物去除率提高了5.2%。达到优化钢包结构,改善钢液流动状态,促进夹杂物上浮,提高LF炉精炼的目的。

基于射钉法的板坯连铸工艺优化

利用射钉法测定了连铸机板坯冷却过程凝固坯壳厚度,重点分析了中间包钢水过热度、拉速、二冷区冷却制度与铸坯凝固系数之间的关系,对凝固系数影响大小的顺序为:过热度>拉速>比水量。采取控制中包钢水过热度及拉速,优化二冷配水工艺,调整铸机扇形段开口度等措施,铸坯中心偏析平均级别由B1.5～B2.0降低至B0.5～B1.0,试样分层缺陷改判率由0.36%降低至0.06%。

不同渣系及平衡时间对C-HRA-3合金元素烧损及夹杂物特征影响

本文通过渣金平衡试验,借助冶金学原理、FactSage热力学计算、扫描电镜观察等理论和方法,研究了3种不同组元含量CaF_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO-MgO-TiO_(2)-ZrO_(2)六元渣系及5个不同渣金平衡时间(20、40、60、120、180 min)下C-HRA-3合金中元素含量及夹杂物特征的变化。结果表明,渣金平衡试验后,C-HRA-3合金中Al、Ti、Zr含量降低,Si含量上升,而B含量保持小范围波动。预熔渣中TiO_(2)和ZrO_(2)含量增加,可明显减轻合金中Ti、Zr烧损,而Al含量变化较小。当平衡时间在0~40 min时,Al、Ti含量分别降低了14.29%和20.59%,Zr含量变化幅度最大,迅速降低了54.55%;而平衡时间超过40 min时,Al、Ti、Zr含量在较低水平波动变化。渣金平衡时间延长可使C-HRA-3合金中夹杂物数量减少,对夹杂物平均直径及不同粒径数量比例影响不大,其类型主要为球形或近球形的Al_(2)O_(3)和Mg O及棱角状Ti N夹杂,且在凝固过程易析出大尺寸一次碳化物。研究表明,在电渣重熔冶炼生产C-HRA-3合金的过程中应严格控制渣中SiO_(2)等杂质含量并适当添加TiO_(2)和ZrO_(2)组元,注意过程中Al含量的补加及冶炼保护气氛良好,提高电渣锭的冷却强度。

梅钢浸入式水口防止堵塞的理论与实践

本文重点研究了梅钢浸入式水口堵塞物来源和堵塞机理。通过扫描电镜、能谱分析等手段对水口中堵塞物进行了分析,发现堵塞物中Al2O3占51.81%,为造成水口堵塞的最主要原因。在此基础上,主要从要减少Al2O3生成及阻止夹杂物在水口壁积聚两方面入手,采取了一系列工艺控制和改善措施,使单水口的连浇炉数由改进前的平均6炉提高到了9炉,连铸生产逐步顺行。

梅钢浸入式水口防止堵塞的机理研究与实践

重点研究了梅钢浸入式水口堵塞来源和堵塞机理。通过扫描电镜、能谱分析等手段对水口中堵塞物进行了分析,发现堵塞物中Al2O3占51.81%,为造成水口堵塞的最主要原因。在此基础上,主要从减少Al2O3生成及阻止夹杂物在水口壁积聚两方面入手,采取了一系列工艺控制和改善措施,使单水口的连浇炉数由改进前的平均6炉提高到了9炉,连铸生产逐步顺行。

铁水包脱磷工艺优化与工业试验

随着优质矿产逐渐减少,低品质铁矿的使用使得脱磷任务加重,如何实现高效稳定的铁水预处理脱磷是炼钢技术研究者普遍关注的问题。采用工业数据分析、X射线荧光分析、直读光谱仪分析等方法,对某不锈钢厂铁水包脱磷工艺脱磷率、物料消耗、渣系成分进行分析;结合FactSage热力学计算、正交试验,炉渣矿相与成分分析等方法优化铁水包脱磷造渣供氧工艺,并进行工艺试验对比。结果表明,工艺优化前脱磷率低、不稳定,物料消耗偏多,炉渣流动性差,碱度偏低;通过增大氧气流量、调整辅料加入制度,优化后炉渣熔点降低、未熔石灰含量减少,炉渣形成了更多的Ca_(2)SiO_(4)(C_(2)S)相,利于富磷相形成;终点脱磷渣的平均脱磷率为93.2%,较优化前提高了5.7个百分点,炉渣的磷分配比(LP)增大,平均lg LP为4.11,较优化前提高了23%。工艺优化后吨铁石灰消耗量减少4.37 kg,氧化铁皮消耗量减少5.12 kg,化渣剂消耗量减少0.54 kg,氧气消耗量增加0.73 m^(3),总体辅料消耗成本降低,符合高效稳定、绿色低碳生产,对钢铁企业提升自身产品竞争力具有重要意义。

“双碳”目标下中国钢铁工业的低碳发展分析

中国钢铁工业的流程结构特点是高炉—转炉长流程占主导,能源结构特点是以煤炭为主,因此造成吨钢CO_(2)排放量高于世界平均水平,碳减排压力巨大。为探究中国钢铁工业的低碳现状与发展趋势,通过对流程结构、废钢资源、低碳技术、碳交易市场等进行深入分析,认为钢铁工业实现2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”目标是一个长期的、多因素综合作用的过程,不同阶段应确立不同的研究重点,并就未来发展提出了自己的建议。钢铁工业下一步应该加快低碳技术发展、提高电炉短流程比例、重视氢冶金技术研发,并充分发挥政策和市场调节作用,最终摆脱碳冶金依赖,走向低碳化钢铁之路。

铝镇静钢夹杂物形态控制工艺研究

通过热力学分析结合现场试验,采用金相分析、扫描电镜、能谱分析等方法,研究了铝镇静钢中氧化物夹杂的变性处理工艺。热力学计算结果表明,当钢中的[Al]s质量分数为0.025%,钙处理时控制钢中钙质量分数高于22×10-6,硫质量分数低于0.008%时,可较容易地将Al2O3夹杂变性为低熔点的C12A7。对天津钢厂生产石油套管钢的LF精炼工艺进行了优化,通过强化钢水钙处理,使钢中钙含量有了显著提高,使夹杂物形态的控制大为改善。

转炉渣钢间传质的冷态模拟试验

在转炉冶炼过程中,底吹参数对渣钢间传质起着非常重要的作用。为了研究底吹参数如底吹枪支数、底吹强度对传质效果的影响,以100t转炉为原型,根据相似原理,通过冷态模拟试验研究了苯甲酸在油水间的传质规律。试验表明,传质系数随着底吹强度增加呈现先增加后减小的现象;最优底吹流量随底吹枪支数增加而增加,底吹枪由4支逐渐增加到10支时,最优底吹流量由0.08增加至0.25m3/(t·min);最优单支枪供气强度为0.02~0.025m3/(t·min),且随底吹枪支数增加略有增加。

改善套管钢冶炼过程浸入式水口的堵塞

通过金相分析、扫描电镜、能谱分析等手段对国内某钢厂生产石油套管钢的水口堵塞物进行了分析,对冶炼过程Al2O3夹杂的控制问题从热力学角度进行了研究。热力学计算结果表明,当钢中的酸溶铝含量为0.025%(质量分数,余同)时,若钙处理时钢中钙含量高于22×10-6,硫含量低于0.008%,可较容易地将Al2O3夹杂变性为低熔点易上浮的C12A7。在热力学计算基础上,通过强化钢水钙处理,钢中钙含量提高至25×10-6～40×10-6,夹杂物变性上浮容易,连浇炉数由3～4炉提高至大于8炉。

转炉“留渣双渣”炼钢工艺

在某钢厂120 t转炉采取"留渣双渣"新工艺进行试验生产,对生产数据进行分析,并与常规原工艺进行对比,结果表明:在铁水w(P)为0.12%条件下,新工艺TSC时刻w(C)为0.45%,w(P)为0.023%,脱磷率为81.45%,高于原工艺的78.86%;冶炼终点钢水中w(C)为0.12%,w(P)为0.013%,脱磷率为89.52%,与原工艺相当。表观金属料消耗降低5 kg/t,但冶炼周期延长约5 min。

底吹搅拌对复吹转炉脱磷工艺的作用分析

在分析讨论复吹转炉冶炼过程脱磷反应规律、常规转炉冶炼过程脱磷弊端的基础上,探讨了转炉冶炼过程脱磷时机选择与合理控制机制。基于转炉脱磷热力学与动力学条件分析得出,底吹搅拌能兼顾渣-钢界面搅拌和控制脱磷温度,是提高脱磷效率的主要动力学手段。通过水模试验模拟渣-钢之间的传质现象得出,转炉底吹元件数量和底吹强度的不同组合与渣-钢界面间的有效传质存在合适的匹配关系,随着转炉底吹强度增加,底吹元件个数应适当增加。转炉长寿命复吹效果不但取决于合理的供气元件选型、数量、布置及供气模式,更要依靠科学的底吹维护工艺制度。

喷吹法与KR法水模型搅拌能和混匀时间的关系

通过计算和水力学试验对喷吹法和KR法水模型的搅拌能和混匀时间进行了对比研究,得出了搅拌能和混匀时间之间的数学表达式。结果表明,在同一搅拌能下,KR搅拌方式的混匀时间要比喷吹法短。搅拌优势使得KR法比喷吹法的脱硫能力要好,带来的副作用是对耐火材料的侵蚀和铁水温降要大于喷吹法。

复吹转炉“留渣-双渣”脱磷工艺试验

在国内某转炉钢厂采用“留渣-双渣”工艺技术进行脱磷工艺试验。结果表明:随着转炉前期脱磷率不断升高,终点脱磷率不断提高。铁水硅含量对前期脱磷率的影响最大。根据铁水成分,在冶炼前期适当降低供氧强度、降低气固氧比、加入适量石灰及烧结矿,均有利于前期脱磷率的提高。在一倒时每吨钢液加入4~8 kg石灰,不影响出钢温度,可提高一倒-终点阶段脱磷率,同时可提高终点脱磷率。从终点的控制效果可知,终点炉渣碱度应保持不小于3.0,炉渣中FeO质量分数在16%~20%,并适当降低终点出钢温度在1 610~1 630℃,有利于终点脱磷率的提高。通过加强熔池搅拌,促进钢渣反应趋于平衡,有利于终点磷分配比提高,从而可进一步提高终点脱磷率。