底吹氩钢包内废钢熔化行为的数值模拟

以某厂70 t钢包为研究对象,采用数值模拟的方法对比了吹氩量对钢包内不同比表面积和预热温度的废钢熔化行为.结果表明:废钢熔化速度随着比表面积的增加而加快;底吹氩气可显著加速废钢熔化,但随着比表面积的增加吹气的促进效果逐步减弱.有底吹氩时,比表面积为120、130.22和160.81 m^(2)·m^(-3)的废钢中心温度上升速率相较于无底吹氩时分别提高了7.06、6.51和3.73 K·s^(-1),熔化速率分别增加了0.92、0.88和0.28 cm^(3)·s^(-1),熔化时间分别缩短了17、15和3 s.板形废钢初始温度由300升到1000 K时,其熔化速度由2.97提高到3.26 cm^(3)·s^(-1),熔化时间缩短了3 s.底吹氩流量显著影响废钢熔化速度,当氩气流量由100增至200 L·min^(-1)时,比表面积为120、130.22和160.81 m^(2)·m^(-3)的废钢熔化时间分别由44减小到35 s、42减小到34 s及34减小到31 s.

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。

不同碱度渣对42CrMoS4钢中硫化物的影响

为研究不同精炼工艺对齿圈钢42CrMoS4钢中硫化物的影响,从钢中硫化物的形态与分布着手,在精炼工序设计两种不同的碱度渣和钙含量工艺,试验生产4炉。对比分析铸坯和轧材中不同双层结构复合硫化物特征与硫化物形成机理。结果表明,LF造高碱度渣(R=6.5~7.2)进RH后不进行钙处理,铸坯1/4厚度位置复合硫化物整体成块状形貌,核心内部氧化物同样也成规则的块状,轧材内部氧化物主要以CaO为主,外围硫化物主要是高CaS比例的(Ca,Mn)S,基本不变形,A类细系夹杂物级别为2.0~3.0级;在LF造弱碱度渣(R=3.6~4.2)进RH后进行二次钙处理,将w[Ca]由0.001 4%左右提升至0.002 5%~0.003 2%,铸坯1/4厚度位置复合硫化物整体成椭球状形貌,核心内部氧化物同样也成规则的球状,轧材内部氧化物为较低CaO比例的钙镁铝酸盐,外围硫化物主要是低CaS比例的(Ca,Mn)S,硫化物成纺锤状,具有很好的变形能力,A类细系夹杂物级别控制在2.0级以内。

LF精炼炉双孔差流量底吹模式优化物理模拟

以国内某钢厂LF精炼炉为研究对象构建了1∶4的水模型,对比研究了双孔等流量底吹和双孔差流量底吹两种模式,并采用响应面法构建了弱底吹流量、强底吹流量和液面高度三因素的钢水混匀时间预测模型,运用该模型得出了差流量底吹模式的最优底吹流量方案。结果表明,双孔差流量底吹模式的混匀效果优于双孔等流量底吹模式;构建的差流量底吹模式混匀时间预测模型拟合效果较好;双孔差流量底吹模式下的混匀时间受到强底吹流量和弱底吹流量的交互作用影响;采用所建模型预测混匀时间与实测值误差均在4%以内。验证了双孔差流量底吹模式相较于等流量底吹模式具有更高的混匀效率,表明了基于响应面法对双孔差流量底吹模式的优化是可行的。

LF精炼炉钢包回转台驱动系统设计与分析

LF炉是整个钢铁精炼工艺过程中最为重要的设备,具有脱硫、脱氧,微调钢水成分的作用,对提高钢水品质具有重要作用;是每个钢企生产优钢特钢的必备设备。现有LF精炼炉主要结构型式分为双车式、回转台式以及电极旋转式。回转台式LF炉其特点是利用回转台的自转将钢水从等待工位转运钢水至冶炼工位进行冶炼;回转台式LF炉具有占地面积小,使用安全可靠,维护保养工作量小,效率高等优势。回转台作为LF精炼炉的重要组成设备,对整个精炼炉安全运行有着重要的作用;而回转台的平稳运行又取决于驱动装置设计的可靠性。针对回转台的驱动装置设计进行分析。通过对回转台驱动系统基础数据的计算、电机和减速机的选型,提出一个安全、可靠的设计方案,以便其他设计者进行参考。

LF精炼钢水温度预测模型的开发与应用

针对LF工序终点钢水温度预测的问题,基于XGBoost算法建立了LF精炼钢水温度预测模型。在温度预测模型的离线测试阶段,模型在温度误差±5℃、±10℃时的命中率分别为79.8%、98.5%;模型上线运行一段时间后,统计了某段内的180炉数据,得到模型在温度误差±5℃、±10℃时的命中率分别为86.6%、97.8%。该温度预测模型满足钢厂的实际使用需求。

钢包下水口引入莫来石和熔融石英的影响

钢包下水口是钢包中钢水向中间包流动的通道,并与大包长水口连接,有保护浇铸,防止钢水二次氧化的作用。钢包下水口在使用过程中的横断、穿孔、夹钢、粘钢等问题。为了降低钢包运转过程中下水口冷裂纹出现的概率,降低钢包下水口的生产成本,以高铝料、莫来石、熔融石英、酚醛树脂等为原料,研究了钢包下水口引入莫来石和熔融石英对其性能的影响。在钢包下水口中引入莫来石和熔融石英实验表明:(1)引入莫来石和熔融石英对钢包下水口的常温抗折强度、耐压强度影响不大;(2)引入莫来石和熔融石英后的钢包下水口1000℃×3 h烧后的抗折耐压强度明显降低;(3)引入莫来石和熔融石英后,常温和1000℃×3 h烧后的体积密度减小,气孔率增大。通过在不同钢厂130 t和180 t钢包上正常使用后,降低了钢包下水口冷裂纹产生的概率,平均扩孔4~4.5 mm,满足钢厂试用要求。

钢包精炼炉变电流电极调节器研发与应用

LF钢包精炼炉近年来取得了广泛的应用,是重要的精炼设备。在冶炼过程中,消耗大量的电能实现钢水温度的升高,属于高耗能工艺环节。在国家倡导绿色智能制造及碳达峰碳中和的政策背景下,降低LF炉工艺电耗,提升冶炼过程的智能化水平成为冶金企业呕待解决的问题。通过实际工况信息采集,动态调整电极调节器参数以降低LF钢包精炼炉的冶炼电耗、最大需量电耗实现绿色制造。通过减少石墨电极的损耗实现碳减排。同时创造性地研发了除恒电流、恒阻抗以外,第三种自主知识产权的LF炉变流电极调节器,并成功应用于本钢板材股份有限公司炼钢厂2#LF、3#LF、4#LF炉,具有良好的推广前景。

高钛低铝特种焊接用钢浇铸稳定性研究

高钛低铝特种焊接用钢生产难度大,生产过程不稳定。通过对连铸生产过程中出现的结鱼及结瘤物检验及理论分析,查明影响浇铸稳定性的原因主要为钢中氧氮与钛结合形成的钛类夹杂物。通过采取纯化合金、降低精炼渣中SiO_(2)活度、调整钛合金化时间等措施,提高了钢水纯净度,钢中氮质量分数由39×10^(-6)降低至28×10^(-6)、氧质量分数由29×10^(-6)降低至21×10^(-6)、钛回收率由62.5%提高到65.3%,连铸浇铸过程稳定,解决了连铸坯表面夹渣和盘条表面结疤问题。

铝硅合金粉对钢包下水口性能的影响

以板状刚玉、烧结莫来石、鳞片石墨为主要原料,热固性酚醛树脂为结合剂,复合添加金属铝粉和金属硅粉与添加铝硅合金粉进行对比研究铝硅合金粉对钢包下水口性能的影响。结果表明:添加铝硅合金粉试样体积密度会降低,气孔率增高,而试样的中温、高温强度有明显的增强,同时抗热震性也有显著提高。添加铝硅合金粉要优于复合添加金属铝粉和金属硅粉。

高铝钒土精炼造渣工艺研究

针对新余钢铁股份有限公司特钢厂造渣工艺存在化渣效果差、终渣成分与目标成分偏差大、渣中全铁含量高以及成本高等问题,本研究提出了一种高铝钒土精炼造渣工艺,基于化学反应原理,通过熔炼和高温烧结反应,将高铝钒土与其他原料反应生成精炼渣。对比试验结果发现,采用高铝钒土代替萤石和精炼渣,能够解决造渣工艺存在的化渣效果差的问题,改善终渣成分的偏差,降低钢坯的全氧含量,提高钢水的洁净度和流动性。此工艺不仅能够降低造渣生产成本,还有助于降低炉渣对炉衬耐火材料的侵蚀,减少氟化物的挥发,降低环境污染。

浅谈110t钢包烘烤器的节能自动化改造

钢铁是重型装备制造企业生产的基础材料之一,其生产离不开各种设备的协作,其中钢包烘烤器是钢铁生产、冶炼过程中不可或缺的设备之一。结合中信重工110t钢包烘烤器节能自动化改造的实践应用,主要介绍钢包烘烤器改造的方案总体设计及改造要点。

120t LF精炼过程钢水吸氮量控制

为了实现低氮钢种的稳定生产,基于氮溶解热力学和动力学理论,在结合某厂生产实践的基础上,分析了LF精炼过程中电弧特性、渣层厚度、埋弧程度、吹氩流量以及原辅料含氮质量分数对钢水增氮的影响。通过采取回收连铸热态铸余钢渣、合理选择加热过程电极档位;精确控制氩气流量、减少钢水裸露;严格控制原辅料中氮质量分数、使用优质增碳剂替代普通增碳剂、优选转炉入炉废钢等措施,钢水增氮质量分数分别从优化前的0.00144%、0.00115%、0.00135%降低至0.00052%、0.00049%、0.00011%,精炼过程钢水总增氮质量分数由优化前0.00394%降低到0.00112%,LF终点氮质量分数可控制在0.00450%以内。

钢包烘烤煤气降耗工艺实践

对钢包烘烤的重要性及烘烤的类型进行论述,阐述了目前生产状态下影响煤气消耗的主要因素。通过建立最优“待投钢包烘烤曲线”、创新班组钢包烘烤动态管理、建立“班组竞争机制”、提高钢包整体管理水平等降低待投钢包烘烤时间的措施,提升了整体的管理水平,达到了降低煤气消耗的目的。

X80管线钢精炼过程夹杂物形成与演变

通过工业试验取样研究了X80管线钢精炼过程夹杂物的类型、尺寸、成分等变化规律,并结合FactSage8.1软件对钙处理和钢液冷却凝固过程夹杂物的演变机理进行了热力学计算分析.试验结果表明,LF精炼结束时夹杂物主要为MgO–Al_(2)O_(3)和MgO–Al_(2)O_(3)–CaO,数量占比分别为25%、75%,其尺寸主要分布在1~5μm之间,且1~2μm和2~5μm的夹杂物比例分别为56.0%、37.3%;RH精炼中T[O]、[N]质量分数分别由LF精炼结束时的0.0022%、0.0059%降低至0.0010%、0.0035%,夹杂物数量密度由LF结束约23.07 mm^(–2)降低至7.44 mm^(–2),夹杂物去除率约67.8%;钙处理时,夹杂物主要为MgO–Al_(2)O_(3)–CaO和CaS–Al_(2)O_(3)–CaO系,夹杂物中CaS平均质量分数由RH精炼结束时的8%增加至36%,CaO平均质量分数由24%减少至12%;软吹结束时,尺寸<40μm的夹杂物中SiO_(2)占比在0~2.5%之间;尺寸>40μm的夹杂物中SiO_(2)占比在6.0%~8.0%之间,尺寸>40μm的夹杂物主要为CaO–Al_(2)O_(3)–MgO–SiO_(2),其化学成分与精炼渣化学成分基本一致,其来源为精炼渣卷入.热力学计算结果表明,当[Ca]质量分数在10.5×10^(–6)~15.8×10^(–6)时,尖晶石夹杂全部完成改性,夹杂物全部为液态钙铝酸盐;当钢液在浇铸温度下,夹杂物主要为液态的钙铝酸盐,当温度降低至1428℃时,液态夹杂物完全转化为固态,随着温度继续下降1309℃以下,夹杂物的类型基本不发生改变,整个温降过程夹杂物中CaO含量减少,CaS含量增加.

交替吹气钢包中示踪剂传输过程的数值模拟

炼钢生产过程中,改善钢包中的流场对提高钢液纯净度、均匀化学成分和温度、缩短混匀时间有重要的作用。在钢包中进行交替吹气可以改善钢包中的混匀过程。使用STAR-CCM+软件对130 t钢包按1/5比例缩小之后的水模型进行数值模拟研究,探究了在不同时间点进行交替吹气后流场的变化、示踪剂传输过程、混匀时间的变化。研究结果表明:采用交替吹气时最终会形成与单孔吹气呈镜像的流场,达到稳定流场所需的时间在55~76 s之间。交替吹气后,由于惯性,示踪剂仍会以逆时针的环流向钢包表面传输,交替流场形成后,示踪剂以顺时针的主环流进行传输,此时死区位于钢包底部的前下方和后下方。交替吹气的时机会影响示踪剂参与逆时针的惯性引起的环流和参与新流场中顺时针主环流的分配比例。与单孔吹气相比,采用交替吹气钢包顶部监测点的混匀时间有所缩短,底部监测点的混匀时间有所增加。

冰样在钢包水模型中的运动融化及混匀研究

【目的】钢包冶金中通常加入块状或整袋合金料及石灰辅料,近年来也有企业报道在钢包精炼炉中加入废钢的新工艺,研究上述固态物质在钢包精炼过程的熔化及均匀化机理,能够优化精炼工艺,有利于加快生产节奏。【方法】通过水模型实验,使用冰及盐水溶液制成的冰样来分别模拟轻合金和重合金,研究两种冰样在260 t钢包水模型中的融化、运动及混匀规律,研究温度、底吹气量、液面高度、加入位置等因素对其规律的影响。【结果】结果表明,温度升高可以使两种冰样融化时间大幅度降低。轻质冰样(冰球)通过增加吹气流量可以显著加快其融化过程;液面高度较高时(高径比为1.1),融化时间较短;冰球融化受其加入位置的影响较小。从液面上方远离吹气孔位置加入重质冰样(盐球)后,盐球在钢包底部停留,融化较慢。从吹气孔上方加入盐球时,其与羽流区气泡冲刷机会增加,融化时间缩短。增大气体流量能够缩短盐球的融化时间,液面高度对其影响不大。盐球受到羽流区气泡的冲刷有利于缩短融化时间和混匀时间。

含硫齿轮钢20CrMnTiH(ZH)冶炼实践

针对某特钢企业炼钢厂含硫齿轮钢20CrMnTiH(ZH)生产过程中存在的硫成分控制不稳定、钢水易结瘤问题,开发出一种LF精炼前期造高碱度炉渣(R_(3)>1.6)脱氧,后期改性为低碱度R_(3)为1.2~1.4增硫的冶炼新工艺,并对硫合金化和钙处理工艺进行了优化,硫合金化时机由VD处理后调整到VD处理前,减少真空处理后钙线喂入量,钢中硫成分得到稳定控制,A类非金属夹杂物评定级别降低,细系2.5级别检验合格率98.04%,细系3.0级别检验合格率100%,较工艺优化前效果改善明显。金相检验结果显示,钢中硫化物夹杂尺寸细化,长度较短,在钢中均匀分散分布,对改善钢材切削性能和减少对钢材力学性能的危害更为有利。钢中全氧平均质量分数由18×10^(-6)降低到11×10^(-6),改善了可浇性,单中包平均连浇炉数由9炉提高到12炉以上。

考虑液位波动的钢包底吹工艺优化实验

为了探究钢包底吹工艺对混匀时间及液位波动的综合影响,以某厂30吨钢包为原型,采用水模实验方法考察底吹气流量及底吹位置对钢包混匀时间、液位波动的影响规律。实验结果表明,随着底吹气孔到中心距离的增加,混匀时间先缩短后增加,混匀时间最短的位置是0.6r,400 L/min时的混匀时间仅为65 s。混匀时间随吹气量的增加而缩短。底吹位置距离钢包壁越近,液位波动越剧烈,对钢包壁的侵蚀越大,底吹位置为0.2 r时,对电极的侵蚀较大。随着底吹流量的增加,三个测量点的波动方差均呈增大趋势,其中在近端及电极位置,波高方差从100L/min到200L/min的增长速率更快,远端位置增长速率比较稳定。综合考虑底吹工艺对混匀时间及液位波动的影响,得出底吹孔位置在0.6r、气量为200L/min时为最佳工艺条件。

低硅钢种LF精炼控硅脱硫技术进展

对前人开发的低硅钢种控硅脱硫技术的最新进展进行了总结。通过控硅热力学分析,明确了为达到目标Si含量,钢液中Al和Ca的控制目标含量。为防止脱硫过程中回硅,应重点控制转炉下渣量、脱硫LF精炼时间、LF进站铝含量,采用合适的渣系,还应控制钢液中钙含量。由于脱硫要求增加吹氩量以强化钢渣间界面反应,但控硅要求吹氩量不宜过大,所以存在最佳吹氩量。为提高脱硫率,应采用碱度为5.0~8.0的精炼渣,还应控制钢水温度高于1565℃。