转炉炼钢几个关键技术的研究进展

转炉炼钢作为世界上冶炼高品质钢的主要炼钢方法,其技术的进步与发展对钢铁行业节能减排、降本增效具有巨大的推动作用。介绍了我国转炉炼钢几个关键技术的研究及进展。通过从理论分析和实践探索两个方面研究了废钢的熔化行为,揭示了废钢熔化机理;分析和总结了喷吹方式、底吹工艺等对转炉熔池流动特性的研究;从冶金机理和数据模型两个方面介绍了转炉终点控制技术的发展现状和展望;最后从整体优化冶金流程角度出发,从数学建模到平台仿真介绍了炼钢-精炼-连铸一体化技术进展以及存在问题。转炉智能化发展需要更多的设备、方法和技术的支撑,转炉智能化炼钢是涉及冶金、自动化、计算机等多学科的综合实践应用案例。

转炉无副枪和烟气分析条件下自动炼钢的实践研究

转炉在无副枪和烟气分析辅助条件下,以基于炉渣电子热力学函数理论的智能冶金模型系统为基础,通过冶炼方案构建、问题分析研究和优化,实现了80 t转炉自动化炼钢。与自动炼钢投用前比,转炉出钢一次倒炉命中率提高6.5百分点、转炉冶炼周期缩短了0.2 min、钢铁料消耗降低5 kg/t、辅料消耗降低2.89 kg/t,转炉技术经济指标明显改善。

非副枪转炉智能化炼钢系统的研究及应用

转炉冶炼过程控制、终点控制是影响炼钢生产效率、产品质量、生产成本等指标的关键,但大部分钢铁企业的转炉冶炼控制主要依赖于人工经验。中天钢铁集团有限公司联合湖南镭目科技有限公司率先研究开发了基于声呐化渣、火焰分析和烟气分析的非副枪转炉智能化炼钢系统,实现了在无副枪情况下的全程无人工干预“一键式”炼钢。该系统对冶炼过程的自动化控制取得了良好效果,一倒碳质量分数(≤0.15%)预报在误差±0.02%内命中率达到90%,一倒温度预报在误差±15℃内命中率达到87%,一倒磷质量分数预报在误差±0.005%内命中率达到90%,喷溅识别准确率达到99%,为钢铁企业发展智能化炼钢起到积极的推进作用。

转炉高锰铁水炼钢工艺研究

为了解转炉高锰铁水炼钢情况,对涟钢210 t转炉42炉吹炼终点钢水进行了取样、测温,根据所得到数据计算了锰氧化反应热力学参数(K′Mn,γ(MnO),L Mn)及炉渣碱度、氧化铁、钢水温度对锰氧化热力学参数的影响。对于吹炼终点钢水与炉渣反应的平衡值及反应偏离平衡状况进行了计算。利用回归分析方法,给出了终点钢中含锰量与转炉吹炼工艺参数关系。吹炼终点渣中平均w(TFe)=20.0%,终点钢中平均w(Mn)=0.147%。终渣平均w(MnO)=6.28%,较正常含锰铁水炼钢终渣高,增加了炉渣流动性,有利于化渣。锰的收得率较低(平均23%),与转炉炼钢铁水硅含量高、渣量大有关。

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。

镁尖晶石砖在RH真空处理的应用及对钢水增铬的影响

针对武汉钢铁有限公司炼钢厂RH真空处理装置使用镁铬砖存在的铬污染及钢水增铬问题,以大结晶电熔镁砂、铝镁尖晶石、金属铝粉和硅粉为原料,以热固性酚醛树脂为结合剂,制备了RH真空用镁尖晶石砖,在该炼钢厂进行了工业应用试验,三炼钢分厂RH真空插入管平均使用寿命130次,底部槽平均使用寿命384次,使用寿命与镁铬砖相当。四炼钢分厂RH真空插入管平均使用寿命97.17次;底部槽平均使用寿命194.28次;冶炼电工钢条件下寿命有所降低。镁尖晶石砖与镁铬砖相比增Cr质量分数平均降幅64.49%,利于降低钢水中的Cr含量。

《炼钢》杂志征稿启事

《炼钢》杂志是由武汉钢铁有限公司与中国金属学会共同主办、国内外公开发行的中国冶金类中文核心期刊(双月刊),创刊于1985年3月。主要刊登与炼钢领域相关的新工艺、新技术、新设备、新材料的应用实践经验和科研最新成果介绍等内容的文章。

《炼钢》杂志征稿启事

《炼钢》杂志是由武汉钢铁有限公司与中国金属学会共同主办、国内外公开发行的中国冶金类中文核心期刊(双月刊),创刊于1985年3月。主要刊登与炼钢领域相关的新工艺、新技术、新设备、新材料的应用实践经验和科研最新成果介绍等内容的文章。《炼钢》杂志共设置8个栏目:1)专题论述(特约稿件);2)铁水预处理(铁水预处理工艺技术及相关技术);3)转炉及电炉冶炼(转炉、电炉及其它炼钢方法的工艺技术及相关技术)。

《炼钢》杂志征稿启事

《炼钢》杂志是由武汉钢铁有限公司与中国金属学会共同主办、国内外公开发行的中国治金类中文核心期刊(双月刊),创刊于1985年3月。主要刊登与炼钢领域相关的新工艺、新技术、新设备、新材料的应用实践经验和科研最新成果介绍等内容的文章。

《炼钢》杂志征稿启事

《炼钢》杂志是由武汉钢铁有限公司与中国金属学会共同主办、国内外公开发行的中国冶金类中文核心期刊(双月刊),创刊于1985年3月。主要刊登与炼钢领域相关的新工艺、新技术、新设备、新材料的应用实践经验和科研最新成果介绍等内容的文章。

小颗粒石灰石与石灰化渣脱磷效果试验研究

为了探究转炉喷吹小颗粒石灰石炼钢的可行性,基于化渣脱磷基础试验,对比了小颗粒石灰石与石灰在相同条件下的化渣脱磷效果,并从造渣脱磷机理上进行分析。研究表明:小颗粒石灰石在熔池内分解形成高活性石灰,可同时实现在熔池内部及界面的脱磷反应,脱磷效果与石灰相当,终点铁水脱磷率均可以达到85%以上;小颗粒石灰石比石灰的前期脱磷速率快,可以在更短的时间内将大部分磷元素脱除;小颗粒石灰石与石灰均可以实现均匀化渣,石灰石化渣渣层较高,泡沫渣更为明显,渣中元素分布均匀,磷元素主要富集在Ca_(3)(PO_(4))_(2)固溶体相中。

基于Stacking算法的转炉吹炼终点钢水磷含量预测

根据中天钢铁集团有限公司120 t转炉的实际生产数据,建立基于Stacking集成学习算法的转炉终点钢水磷含量预测模型。通过脱磷热力学分析确定影响脱磷的主要因素,进而确定模型的输入变量。在数据预处理完成后使用6种机器学习算法(RF、ET、XGBoost、LightGBM、CatBoost、NN)分别建立模型,再将这6种模型的预测结果使用多元线性回归算法进行Stacking集成建模。通过对比这7种模型的预测结果可以得到:Stacking集成模型的预测效果最好,其预测终点钢水磷质量分数误差为±0.004%、±0.005%时的命中率分别为90.59%、97.56%。

电炉消纳城市废弃物污染物排放试验研究

电炉炼钢过程中在废钢预热装置中添加废旧轮胎、废弃塑料等城市废弃物,可以减少电炉冶炼碳基添加剂。但废弃物在废钢预热通道内遇高温烟气会燃烧,生成大量的污染物。通过对废弃物在不同温度、不同粒径、不同停留时间等条件下,反应产生污染物进行研究,获得在电炉废钢预热装置中添加城市废弃物最佳的物性参数和工作条件。在利用城市废弃物预热废钢时候,不增加烟气处理设施,烟气也能达标排放,使得电炉处理城市废弃物从技术上和经济上可行。

梅钢转炉合金模型开发

为降低转炉合金成本,采用线性规划为核心算法,开发了转炉合金模型。模型通过设计碳冗余质量分数和磷冗余质量分数、确定合金收得率和LF增碳质量分数等主要参数、基于优先加足低价合金的原则分配转炉合金用量,在满足钢水成分的前提下降低了合金成本,可产生经济效益3.27元/t。

连铸智能浇铸工艺模型研究

智能浇铸技术在连铸生产中已开始推广与应用,为了减少生产事故、稳定铸坯质量,实现让操作人员远离浇钢现场安全生产,针对非稳态浇铸过程,结合操作经验,开发和优化了智能浇铸工艺模型。重点就中间包自动开浇模型、浸入式水口一键快换模型、浇铸异常自动处置模型等关键技术进行了研究和应用,介绍了这三种模型原理、应用以及效果。通过上述模型研究与实践,中间包自动开浇成功率达到95%以上,自动更换水口成功率达100%,换水口异常铸坯缺陷降级率降低52%,浇铸异常自动处置使人员现场值守时间减少50%,劳动效率提高约10%,促进了生产过程智能化和铸坯质量稳定化。

超大规格风电用连铸圆坯的氢含量控制

针对直径大于等于800 mm的超大规格风电用连铸圆坯因氢含量高出现探伤不合缺陷的问题,通过检测原辅料水分、利用Hydris定氢仪探究全工序钢水氢含量的变化规律。结果表明,铸坯氢含量的主要来源是原辅料水分、炉气气氛潮湿、耐火材料不完全分解。为降低铸坯氢含量,提出了工艺改进措施:转炉吹炼8 min后应不加或加入水分含量较低的原辅料;LF精炼工序投入较少的原辅料;入VD工序前小渣量控制,破空后低速喂线,控制喂线数量及种类在较小范围;小火烘烤连铸中间包60 min,定期清理中间包透气孔。工艺优化后,VD到站钢水w(H)≤3.6×10^(-6),VD离站钢水w(H)≤0.77×10^(-6),连铸中间包首炉钢水w(H)≤2.0×10^(-6),第2炉w(H)≤1.6×10^(-6),连浇炉次w(H)≤1.1×10^(-6),成功降低了超大规格风电用连铸圆坯的氢含量,保证了成品锻件的质量。

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

RH底喷粉精炼过程数值模拟研究

RH真空槽底喷粉精炼将脱硫粉剂直接喷入钢液,冶金反应程度高,终点元素含量稳定,能够完成高品质钢的炉外精炼任务。对RH底喷粉过程进行数值模拟研究,探究底喷粉过程的粉剂行为及对钢液流场的影响规律,优化喷嘴布置方案,旨在推动该技术的工业化应用。研究结果表明,180°喷嘴布置方案(即下降管侧喷吹,简称方案2)的钢液环流量比0°喷嘴布置方案(即上升管侧喷吹,简称方案1)增加1.8 t/min(增量比例为1.4%);方案2的钢包最下端钢液粉剂浓度比方案1高0.2~0.9 kg/m^(3)(增量比例为6.7%~81.8%);方案2条件下,钢包内钢液流动死区的粉剂浓度随喷嘴布置高度的降低而降低。结合粉剂收得率,确定方案2喷嘴布置高度为300 mm,此时粉剂收得率较方案1提升2.59%。

基于异质堆叠集成学习的脱硫剂加入量预测

KR搅拌法是铁水预脱硫的重要工艺之一,但在脱硫过程中脱硫剂的加入量主要依赖于人工经验控制,导致一次脱硫命中率较低,铸坯质量不稳定。为准确控制脱硫剂加入量,提高一次脱硫命中率,提出一种基于异质堆叠集成学习的脱硫剂加入量预测方法。首先,进行数据清洗,采用LOF算法结合专家经验剔除异常值。其次,采用最大信息系数结合斯皮尔曼秩相关系数进行特征筛选。最后,引入堆叠集成算法,基于评价指标和误差相关性分析优选模型的不同基学习器,并采用Optuna算法为基学习器寻找最优参数组合,建立异质堆叠集成预测模型。以现场采集的脱硫数据作为样本进行实例分析,结果表明,模型的决定系数(R^(2))为91.6%,均方根误差(RMSE)为197.79,平均绝对误差(MAE)为117.14,平均绝对百分比误差(MAPE)为6.95%。

基于Stacking模型融合的AOD终点碳温预测

为提高AOD不锈钢冶炼终点碳温预测的准确性和可靠性,提出一种基于多个机器学习算法(RF、XGBoost、AdaBoost、KNN、SVR和岭回归)嵌入的Stacking模型融合的AOD终点碳温预测方法。基于理论基础和相关性分析确定了模型的输入特征变量,利用箱线图法对历史数据进行预处理,结合5折交叉验证和贝叶斯优化算法确定了模型的最优参数,通过对上述6种机器学习算法的逐层筛选,构建了RF+XGBoost+KNN—RF二层Stacking多模型融合的终点碳含量预测模型、RF+AdaBoost+KNN—RF+XGBoost+KNN—XGBoost三层Stacking多模型融合的终点温度预测模型。预测结果表明,RF+XGBoost+KNN—RF二层Stacking模型在终点碳质量分数误差为±0.01%的命中率为87.86%,RF+AdaBoost+KNN—RF+XGBoost+KNN—XGBoost三层Stacking模型在终点温度误差为±15℃的命中率为94.22%,相较于单一的机器学习模型,预测精度显著提高。