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。

电弧炉异常炉况电极调节应激干预技术的研究

三相交流电弧炉在冶炼过程中常遭遇短路和断弧异常炉况,这不仅延长了通电和出钢时间,增加了能耗,还威胁到生产的安全性和稳定性。提出了一种创新的基于电弧声信号分析的电极调节应激干预技术,以优化EAF冶炼过程。首先基于75t普碳钢EAF生产现场的电弧声信号探究了短路、断弧与稳态运行时三类电弧声时频特征;利用平滑伪维格纳分布算法来评估电弧声的能量密度水平,确定了异常炉况与稳态运行时的特征频率,实现了异常炉况判别。此外,通过分析稳态运行、短路与断弧前期及发生期的电弧声特征频率,揭示了异常炉况的预测规律。在此基础上,在现有的电极调节控制系统中集成了应激干预机制,并通过程序化实现了自动化控制。工程验证结果表明,该技术能够有效地在3~4秒前预测并干预异常炉况,显著减少了短路和断弧事件,同时降低了7.5%的单吨冶炼能耗,证实了其在提升EAF冶炼效率和降低成本方面的潜力。

Mn18Cr18N加压冶炼的氮含量精准控制工艺分析与实验

高氮不锈钢中氮含量的精准控制是生产关键控制要素。以Mn18Cr18N高氮钢为研究对象,利用冶金学原理、Factsage热力学软件及热态实验与检测分析等方法,对加压感应熔炼过程钢种成分、温度及氮气压力与氮含量控制的关系进行研究。结果表明,基于理论数据的“成分-温度-压力”关系方程可信度高,3炉实验的氮气压力理论值、预测值与实际控制值吻合度良好。热态实验验证发现,Mn和Cr含量不变时,依靠提高氮分压可以提高钢锭中N含量,但是w[N]达到约1%时,通过提高氮分压增加氮含量的效果降低。Mn或Cr含量低时,可以通过提高氮分压达到提高氮含量的目的。降低钢中C和Si含量有利于钢中高氮含量的合金化及稳定控制。当需要控制Mn18Cr19N钢中的w[N]≥0.8%时,宜控制加压炉熔炼温度在1500~1550℃,氮气压力在0.225~0.325 MPa。

300 t转炉悬挂系统应力测试与分析

对于大型转炉,目前国内已可以自主设计和制造。托圈与炉壳之间的连接方式是设计时的关键,某钢铁厂300 t转炉经过综合评估后采用的是8点弹簧板式连接。设计过程中,虽然采用有限元法模拟分析了弹簧板的应力应变状态,计算预测了该连接结构在理论状态下的使用寿命及其安全性,但是实际生产过程中弹簧板应力状态会受到静不定、角部应力集中等因素扰动,需通过获取现场实测数据来对计算过程加以验证与修正。本文建立了该300 t转炉下悬挂系统应力测试模型,对空炉和满载两种工况进行了弹簧板应力测试,得到不同工况弹簧板各点的受载情况,分析了弹簧板应力分布状态,其结果可为转炉悬挂系统的设计提供参考和实践意义。

基于电气特性-物理参数耦合的交流电弧炉模型

现有电弧炉模型主要关注电弧内部与外部特性的联系,割裂了电弧内部微观下电气与物理的耦合影响,难以体现电弧的电热物理本质,导致仿真精度有所欠缺。针对上述问题,该文提出一种改进的新型交流电弧炉模型。首先,在电子连续性方程的基础上,构建电弧的电气特性模型;其次,根据弧柱磁压缩力平衡方程和瞬时能量平衡方程分别构建电弧的压强、温度等物理参数模型,推导得到电弧内部的电气特性与物理参数之间的耦合机理,得到两者的耦合模型;然后,基于电弧炉变压器二次侧额定电流和最大电弧温度之间的关系,利用麻雀搜索算法对电弧温度曲线进行辨识,确定物理模型的各个参数;最后,依据50 t、55 t炼钢交流电弧炉的现场实测数据,在Matlab/Simulink平台上搭建模型并验证模型的正确性。仿真结果表明,所提模型更符合交流电弧炉实际运行过程中的物理本质,能更精确地反映其谐波、电压波动特性。

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。

应用改进YOLOv5s的转炉下渣状态检测算法研究

针对人工目测法、红外热像检测法在转炉下渣状态检测中检测精度和实时性较差带来挡渣操作不及时,进而影响钢成品质量的问题,提出一种基于改进YOLOv5s的转炉下渣状态检测方法。在主干网络融合卷积注意力(CBAM),增强算法特征提取能力;在颈部层引入加权双向特征金字塔结构(BiFPN),将主干结构的原始特征信息与输出节点的特征信息进行多层次融合,并给予不同特征相应的权重,获得更加丰富的特征图;在检测层使用EIoU Loss函数优化模型性能,提升预测框的收敛速度。实验结果表明:改进后模型的均值平均精度(mAP)达到91.8%,每秒传输帧数(FPS)为87.7 f/s,相比原模型分别提高4.6%和11.4%。

蒸汽溴化锂制冷应用于转炉中控楼的案例分析

转炉一次烟气通过汽化冷却烟道回收余热,从而产生大量蒸汽,该蒸汽最理想的应用场所就是转炉车间。以某转炉中控楼的蒸汽溴化锂制冷系统为例,主要介绍了中控楼的冷负荷分布、制冷系统的设计,以及相关的保障和辅助措施,并对电动制冷与蒸汽溴化锂制冷进行了比较。对于两座转炉所配套的中控楼,夏季冷负荷约为260kW,溴化锂制冷机组的蒸汽消耗量约为290kg/h。制冷站设置在中控楼附近,采用定流量水系统。制冷机组无需考虑备用,当制冷机组发生故障需要检修时,可临时采用机械通风的方式排除电气室余热。与电制冷相比,蒸汽溴化锂制冷的节电效果十分明显,可在1年以内收回初次投资。

南美某钢厂100t电炉除尘系统改造案例分析

相比于转炉炼钢而言,电炉炼钢具备较大的灵活性,或将成为未来发展的趋势。分析南美某钢厂100t电炉的除尘改造案例,对比国内外电炉除尘系统的差异,为工程化应用提供参考。采用炉内排烟(一次烟气)、导流板与屋顶罩相结合的烟气捕集方式,一次烟气通过绝热烟道进入水雾急冷塔,出来后与屋顶罩烟气混合降温并进入布袋除尘器净化。除尘系统的处理风量为220万m^(3)/h,净化后的颗粒物排放浓度控制在≤20 mg/m^(3)(标准),二英排放浓度控制在≤0.2ng-TEQ/m^(3)。改造完成后明显改善了作业场所的卫生条件且满足大气污染排放要求。

基于电极加热的方形单体废钢熔化特性研究

基于100 t电弧炉建立了废钢熔化的三维几何模型,研究了热源、废钢尺寸及留钢量对废钢熔化速率的影响。结果表明:在70 t留钢量大尺寸废钢熔池中,60 MW热源条件下废钢熔化速率高于无热源条件;在70 t留钢量、60 MW热源条件下,小尺寸(即尺寸减半)废钢的完全熔化时间为44.6 s,其熔化速率远超过大尺寸废钢的熔化速率。在此基础上,研究了不同留钢量对废钢熔化速率的影响,结果表明,60 t留钢量时废钢熔化速率最快,其完全熔化时间为44.3 s,40 t留钢量熔池废钢熔化速率最慢,浸没80 s仍未熔化,因此,过大和过小的留钢量均不利于废钢熔化。原因在于,在熔池升温过程中,大留钢量熔池升温较慢,在熔池降温过程中,小留钢量熔池降温较快,较低的熔池温度会降低废钢所得热通量,不利于废钢熔化。

电弧炉炼钢高效节能技术的发展现状

目前,中国钢铁行业作为碳排放量最高的制造行业仍以高炉-转炉长流程为主,这使得我国钢铁工业实现碳中和面临巨大挑战。相比于高炉-转炉长流程炼钢工艺,以废钢为主要原料,电力为能源介质的电弧炉短流程炼钢工艺碳排放量约为高炉-转炉长流程的1/3,具有良好的降碳效应。并且随着我国环保需求和我国废钢供给量的不断攀升,同时受国家“十四五”规划电弧炉发展政策,在国家“碳达峰、碳中和”的大背景下,短流程电弧炉炼钢能耗低、碳排少的优势越来越明显,未来电弧炉短流程炼钢工艺将更快地朝着高效节能、绿色化生产方面发展,逐渐成为我国重要的炼钢工艺。主要从节能降耗的角度出发,总结国内外短流程电弧炉炼钢高效节能技术的发展概况,介绍其特点及发展现状。

降低太钢AOD炉和钢包用耐火材料单耗的控制措施

介绍了在耐火材料区域整体承包模式下,钢铁企业关注的指标不仅仅只是耐火材料吨钢成本,更要重点关注耐火材料吨钢消耗指标,降低耐火材料吨钢消耗,既能提高炉包寿命,降低耐火材料吨钢成本,又能保证耐火材料产品不污染钢水,提高钢水纯净度,实现耐火材料企业和钢铁企业双赢。以太钢不锈钢冶炼耐火材料消耗占比较大工序AOD炉和钢包为例,对不锈钢冶炼用AOD炉和钢包冶炼环境进行了分析,对降低耐火材料单耗的方法进行了介绍。通过采用优质耐火材料原料改进材质、加强砌筑管理、优化生产节奏、采用在线热态喷补技术、提高透气砖寿命等,使不锈钢冶炼用耐火材料单耗和成本最低。

电炉钢渣处理技术现状及发展趋势

在电炉钢渣排放量日益增多的背景下,电炉钢渣处理技术十分必要。以北方某厂电炉渣成分为依据,分析了钢渣中游离氧化钙及氧化镁的数量。由于钢渣成分具有较强的波动性,电炉钢渣的再利用技术受到了一定限制,目前,电炉钢渣利用方向主要包括制备钢铁冶炼熔剂及冶炼原料、建材用料、生态治理改良剂及土壤肥料。电炉钢渣处理技术的最新研发方向以在线处理钢渣及余热回收为主,包括改性电炉钢渣处理工艺、锍相富集分离的渣铁热态分离回收工艺、钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理、流化床淬化的钢渣处理工艺、圆盘式电炉钢渣处理工艺及水平振动式有压热焖钢渣处理工艺,但钢渣显热回收技术仍需进一步开发,并将其应用于生产实践。

氩气保护电渣重熔脱硫预测研究

在工业级氩气保护电渣重熔过程中,钢中脱除的硫在渣中积累,会影响脱硫反应效率,造成重熔锭中硫含量分布不均。目前,电渣脱硫研究主要是基于规格较小的实验级,与大规格的工业级电渣脱硫动力学条件差别明显,故相关研究成果在工业应用中存在局限性。因此,本研究建立了工业级电渣重熔过程脱硫反应模型,经3吨氩气保护电渣实验验证,模型计算结果与实验结果基本一致。研究结果表明,降低电极和渣中初始硫含量、增加渣量、提高硫容量、降低电极下降速度均有利于提高脱硫率。基于研究结果推导出模型简化公式,可直接近似求解重熔锭不同质量处的硫含量。

降低转炉总包耐火材料消耗实践

针对国内某钢厂210 t转炉吨钢耐材消耗偏高的现状,从炉底炉型优化、合理的耐材匹配及转炉终渣控制等方面进行优化实践。结果表明:对于该钢厂平底型转炉炉壳,炉底工作层设计为平底型炉型能减缓炉底中心的侵蚀速率;通过对炉底工作层自800 mm加厚至1000 mm,并改变炉型,全炉役炉底平均侵蚀速率降低19%;对于低碳钢冶炼的转炉,适当减少炉底及后大面镁碳砖碳含量,可减缓炉底及后大面侵蚀;适当调整转炉终渣碱度及MgO含量,提高全炉役溅渣比例可有效减少转炉维护。采取一系列措施后,转炉维护总消耗下降0.13 kg/t钢。

14Mn5Nb无缝钢管“鱼鳞”形外折分析与控制

某厂14Mn5Nb连铸圆坯(Φ330 mm)轧制成无缝钢管(Φ323.8 mm×8.3 mm)后表面出现大量“鱼鳞”状外折缺陷,影响成材率,成为亟须解决的问题。采用缺陷金相分析,“刻槽”试验,铸坯酸洗确定钢管表面“鱼鳞状”缺陷是由连铸圆坯表面横裂纹造成。采用扫描电镜检测,钢种热溯性分析以及现场数据统计,确定铸坯表面横裂纹产生原因为:Φ330 mm圆坯在当前工艺参数下铸坯进拉矫温度在900~950℃,处于第III脆性区转变温度940℃附近;表面存在较多Nb(C、N)析出物,增加了钢种的裂纹敏感性。通过调整钢种Ti含量至0.02%~0.03%,保护渣碱度由0.97提高至1.14,降低结晶器水量,调整二冷水量配比以确保进拉矫温度≥970℃等措施,有效避免了铸坯横裂纹和无缝钢管鱼鳞外折的产生。

熔速对高填充比06Cr18Ni11Ti电渣重熔铸锭凝固过程的影响

以06Cr18Ni11Ti钢高填充比电渣重熔铸锭为研究对象,通过建立瞬态电渣重熔过程的多相多物理场耦合模型,探究了熔速对电渣重熔过程中电磁、传热、流动及凝固行为的影响。结果表明,不同熔速下的电流路径基本一致,且存在明显的集肤效应,结晶器内部温度呈抛物线形分布,且温度梯度较大。随着熔速从5 kg/min增至7 kg/min,电流密度、洛伦兹力和焦耳热分别增加了16.2%、37.7%和63.3%;渣池最高温度从1902 K上升至2058 K;渣池内存在两对方向相反的涡旋,结晶器内的流动随熔速增大变得更加剧烈;在本文研究条件下,提高熔速会导致熔池深度增大、铸锭局部凝固时间延长;当熔速为5 kg/min时,局部凝固时间最短,熔池深度在结晶器直径的1/2~1/3,有助于保证铸锭良好的致密性和结晶质量。

低频电渣重熔过程电流对电渣锭洁净度的影响

基于实验室小型低频电渣重熔装置,以使用70%CaF_(2)+30%Al_(2)O_(3)渣系电渣重熔304 L奥氏体不锈钢为研究对象,详细分析低频条件下不同的重熔电流对电渣锭夹杂物数量、尺寸及类型的影响规律。结果表明,与工频电渣重熔(50 Hz,1800 A)相比,低频(2 Hz)条件下,采用不同的电流(1800、1400 A)电渣重熔后,电渣锭中的w[O]分别增加了172.2%、75.5%,w[N]分别降低了4%、3.4%。在低频下,采用不同的电流重熔时,电渣锭中夹杂物的种类并无改变,但是夹杂物的数量及各类夹杂物占比有所改变。低频下夹杂物数量随着电流的降低而减少,但是与工频条件下相比夹杂物数量仍然增高了173%(1800 A)与63.7%(1400 A),增加部分基本为10μm以下的细小夹杂物,大尺寸夹杂物(>10μm)数量增加较少。

电炉炼钢智能化技术研究进展综述

主要以智能化技术在电炉炼钢领域的发展和应用为研究方向,介绍近年来基于超融合的电炉炼钢虚拟化技术的应用趋势,详细分析了电炉供电质量监测控制领域前馈控制、分段控制模型、BP神经网络、模糊数学、PID模型控制等智能化技术的应用、发展和不足,介绍了电炉测温智能化领域光纤技术、红外技术、监控技术、机器人测温智能化技术以及冶炼终点预测模型、电炉炉体测温和漏水侦测技术的新应用,分析了电炉炼钢碳氧枪智能化控制、电炉模型自动出钢的应用趋势和电炉冶炼泡沫渣领域炉门清理机器人的新应用,分析了电炉废钢模型智能验质技术、废钢料型智能识别技术和智能加料的创新发展和不足。结合国内外研究现状,指出未来智能化技术在电炉炼钢领域的深化应用是发展趋势,电炉炼钢领域技术人员有必要深入研究自动化、信息化、数据化、模型化、虚拟化、超融合等智能化技术,未来智能化技术与基于碳中和、碳达峰相结合的绿色低碳转型相结合的智能化解决方案将成为智能化炼钢的发展方向。

电炉炼钢中CO_(2)排放量监测及控制研究

传统电炉炼钢过程中,CO_(2)排放量监测及控制方法仅对CO_(2)排放量进行监测和控制,未对CO_(2)排放特征进行分析,导致传统方法控制效率较低。因此提出对电炉炼钢中CO_(2)排放量监测及控制研究。该研究对电炉炼钢过程中CO_(2)排放特征进行了分析。并根据分析结果,对CO_(2)排放总量进行监测,进而更快速的对CO_(2)排放量进行控制。实验结果表明,该研究方法具有更高的控制效率,具有实际应用价值。