加强国家重点实验室管理机制建设提高创新能力

以钢铁冶金新技术国家重点实验室为例,从科研方向、制度建设、管理运行、资源共享平台构建等几个方面探讨了实验室管理机制的建设,其中重点阐述了科研绩效考核管理办法,将科研贡献与绩效考核相结合,建立激励奖惩机制。国家重点实验室机制系统的完善能够为建立一支综合业务素质突出、具有创新性科研成果、在国际科技界有一定影响力的国家重点实验室科研队伍提供一些参考和思路。

钢铁冶金新技术专刊序言

我国钢铁工业支撑了国民经济的持续快速发展,也对世界经济发展作出了重要贡献.但同时,我国钢铁工业的发展承载着巨大的节能减排压力,面临着严重的铁矿资源短缺问题,存在着产品质量进一步提升和生产过程智能化、绿色化的迫切技术需求.解决这些制约我国钢铁工业可持续发展的问题,必须加强基础理论研究与创新技术研发,形成具有自有知识产权的新工艺、新技术.

炼铁新技术及基础理论研究进展

从炼铁新技术及基础理论研究方面介绍了烧结球团提质降耗新技术、焦炭在高炉内行为解析研究、高炉喷吹清洁燃料技术、高炉长寿技术、高炉炼铁数据建模技术以及冶金尘泥再处理技术.从基础研究出发,提出了目前最具有潜力的炼铁新技术;然后在国家碳中和战略的大背景下,综述了目前国际上的非高炉炼铁技术研究进展,为我国低碳炼铁发展提供依据;最后从最新微观研究手段出发,介绍了目前炼铁研究领域在微观尺度的研究进展,多尺度综合调控研究高炉炼铁过程机理,为未来低碳炼铁发展方向提供思路.

超重力冶金:科学原理、实验方法、技术基础、应用设计

超重力显著增大两相间的重力差,可用于加速固-液、液-液、液-气高温黏稠混和体的相分离速度;超重力具有定向性,避免搅拌等技术产生的熔体湍流返混,可用于深度脱除金属液中细小夹杂物;超重力条件下固-液界面张力微不足道,可容易实现微孔渗流;超重力条件下进行结晶凝固,按结晶顺序实现固-液分离,可用于制备梯度材料;超重力加速固-液分离,可细化凝固组织晶粒,但对非共晶熔体也易产生宏观偏析.将超重力技术应用于冶金及材料生产过程中,有望解决高温冶金和材料制备的一些难题,如复杂矿冶金渣有价组分的分离提取、冶炼渣中金属液的分离回收、多金属的熔析结晶分离、复杂矿直接还原铁的渣-金分离;在高端金属材料方面,应用超重力技术,有望解决近零夹物金属材料的精炼除杂难题,提高梯度功能材料、金属-陶瓷复合材料、多孔金属材料、器件材料表面电沉积修饰的制造水平.此外,在材料科学研究方面,超重力凝固可作为一种材料基因组高通量制备方法.

转底炉处理钢铁厂含锌尘泥工艺技术

为解决转底炉工艺工程化过程中遇到的问题,进一步优化工艺流程和技术参数,本文通过化学分析等手段明确含锌粉尘原料的理化性质,利用控制变量法分析球团成球性能和还原过程中金属化率的影响因素,通过分析二次粉尘的化学成分及物相组成推断换热系统中黏结物的形成机理,并对不同煤气作为燃料用于转底炉的能效进行对比分析。结果表明:当混合粉尘水分质量分数为12%、膨润土质量分数为5%时,采用强力混合机+对棍压球工艺生产可满足造球系统要求;在211~314℃条件下干燥脱水,生球的临界含水量为3.35%;当温度高于1 300℃时,球团的金属化率可达到85%以上,当碳氧比高于0.9时,球团的金属化率可达到70%以上;通过减少生球团中KCl质量分数可有效改善二次粉尘在换热系统中的黏结堵塞问题;在相同工艺条件下,使用高炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气的能耗比焦炉煤气高约15%~20%。本文研究的基础数据可为转底炉工艺设计及应用提供借鉴和参考。

高炉富氧鼓风技术发展现状简析

高炉富氧鼓风技术取得了明显进展,如新型氧煤枪、SIP等先进高比例富氧技术的推广应用,而面临的难题主要是,高比例富氧后,高炉呈现“上冷下热”和边沿气流发展等状况,影响高炉稳定顺行。2020年,新疆八钢开启氧气高炉冶炼实践,第一阶段实现35%高富氧冶炼目标,第二阶段试验将引入欧冶炉CO_(2)脱除后的煤气,打通煤气循环的工艺流程,实现50%的超高富氧技术突破。展望未来,高炉发展方向是富氧率、喷煤量不断提高,并逐渐步人高富氧大喷煤的背景中,最终走向全氧高炉冶炼。

低阶煤溶剂萃取技术研究进展

我国低阶煤资源十分丰富,占全国煤炭资源总预测储量的57.38%。低阶煤由于具有高灰、高水、黏结性差、热值低等特点,很难被直接用于炼焦及煤液化、气化中,从而造成了资源浪费。溶剂萃取工艺利用相似相溶原理对低阶煤的碳骨架结构溶胀提质制备改质煤,该煤种具有无灰、高结焦性和高热值的特点。本文介绍了不同溶剂类型如极性溶剂、非极性溶剂、混合溶剂以及生物质协同对煤粉的萃取效果,综述了不同反应条件如碱预处理、温度、初始压力、煤粉粒径、煤粉性能等对煤粉萃取率的影响机理。未来,应加强联合萃取剂法对低阶煤萃取机理的研究,通过正交试验筛选出更多适合低阶煤联合萃取的生物质,并综合考虑反应条件和煤粉性质对低阶煤萃取的影响。

烧结过程一氧化碳减排机理及技术分析

随着钢铁行业环保形式的日益严峻和人们对环境质量要求的提高,烧结成为我国以长流程工艺为主的钢铁行业中污染物排放最多的工序,在迫切的环境治理面前,有着巨大的减排压力。在烧结其它污染物得到有效治理后,烧结烟气减排CO成为烧结烟气污染物治理的重点。在研究分析烧结烟气CO生成机理的基础上,结合国内外现有烧结减排CO技术,从烧结生产的源头调控、过程控制及末端治理3个方面进行了总结分析。结果表明,源头减排的核心要素是减少燃料配比,通过喷吹含氢介质气体、提高烧结料层厚度等措施降低固体燃料配比;过程控制需要以提升透气性为核心,寻求合理协同技术,提高燃料的燃烧程度,例如通过喷吹蒸汽、富氧燃烧、优化燃料粒度等措施提升CO向CO_(2)的转化率;末端治理则需要探索适用于烧结复杂烟气条件下的CO转化吸收技术,寻求抗水、抗S能力强且价格低廉的催化剂等。

测定铁矿粉同化特性新方法的探索

指出目前测定铁矿粉与CaO同化反应方法的优缺点.铁矿粉只有先在界面上熔化形成液相并与CaO形成润湿后,才能进行同化反应形成铁酸钙.通过X射线衍射分析给出了判别铁矿粉与CaO同化反应的始末点等参数的方法,以此为基础建立了以实际烧结生产温度为基准温度且量纲为1的同化反应特征数.该特征数综合了铁矿粉同化反应过程中各种重要信息,如升温速率、同化反应温度和同化反应速度等参数,改进了以往方法不考虑同化反应过程的缺陷,避免了用多个参数表示同化反应过程的不便.

熔融钒渣直接提钒新工艺

现行钒渣焙烧工艺中的钒渣高温物理热被浪费,对"熔融钒渣直接氧化钠化提钒"新工艺的可行性进行分析,并进行实验室模拟试验。结果表明,新工艺条件下,试验过程中熔融钒渣流动性良好,焙烧后钒渣水浸率为50%～80%,焙烧后钒渣中的钒主要以偏钒酸钠的形式存在。新工艺是合理可行的,具有工业生产价值。

含碳球团还原熔分综合利用硼铁精矿新工艺

基于硼铁矿资源综合利用的现状和转底炉珠铁工艺的基本特点,提出了含碳球团还原熔分综合利用硼铁精矿的新工艺。在实验室条件下,以硼铁精矿和碳质还原剂为原料,系统研究了焙烧温度、配碳量(C/O摩尔比)、还原剂种类、熔融保持时间等因素对球团还原熔分过程的影响,以及熔分产物的基本特性。试验结果表明:焙烧温度过高或过低均不利于熔分;提高配碳量有助于缩短还原熔分时间;煤灰熔点对熔分有较大影响;随着熔融保持时间的延长渣中FeO含量降低。优化的工艺参数为:以无烟煤为还原剂,配入量为C/O=1.2,焙烧温度为1400℃,焙烧时间为15 min。此时,渣铁分离彻底,得到含硼元素0.065%的纯净珠铁和B2O3品位为20.01%的富硼渣,珠铁中铁的收得率在96.5%以上,富硼渣中硼的收得率在95.7%以上。经缓冷处理,富硼渣主要由遂安石和橄榄石两相组成,活性达86.46%。含硼珠铁和富硼渣分别是钢铁和硼化工工业的优质原料,该工艺可为我国低品位硼铁矿的综合利用提供一种新思路。

石灰石替代部分石灰进行脱磷的实验分析

为了研究石灰石替代石灰的比例(即石灰石替代比)及加入方式对脱磷效果的影响,通过调整石灰石加入量在真空感应炉内进行热态实验。实验结果表明:采用石灰石替代石灰进行造渣炼钢是切实可行的,而且石灰石加入方式对脱磷效果有显著影响;石灰石替代比为40%时脱磷效果最好,终点磷含量由初始的0.12%降低至0.012%,相比石灰石替代比为0%的原方案脱磷率提高24.17%;石灰石替代比为80%时出现严重的炉渣结壳现象,冶炼无法正常进行。石灰石脱磷较适宜方案有2种:一是强调降低生产成本,60%石灰石替代比进行冶炼;二是强调提高产品质量,40%石灰石替代比进行冶炼。

活性炭脱硫技术在烧结烟气脱硫中的应用

介绍了活性炭脱硫技术在烧结烟气脱硫中的应用,分析了活性炭脱硫技术的机理和特点,同时阐述了活性炭脱硫技术的现状以及未来的发展趋势。

球墨铸铁冷却壁热态实验与数值模拟

为测定消失模工艺生产的球墨铸铁冷却壁的实际冷却性能,进行1∶1热态实验。同时建立铸铁冷却壁三维稳态传热模型,模拟铸铁冷却壁的温度场分布。热态实验结果表明:该球墨铸铁冷却壁壁体与冷却水之间的综合换热系数为228 W/(m2·℃),与日本新日铁第四代冷却壁相近。炉温变化对冷却壁热面温度的影响大于其对冷却壁冷面温度的影响。提高冷却水速可以降低冷却壁壁体温度,但效果不明显。模型计算结果与热态实验的比较,验证了计算模型的有效性。

Fe-Cr-Ni-O体系碳还原产物热力学计算及实验分析

对Fe-Cr-Ni-O体系碳还原产物的组成与特性进行探讨。首先对不同温度及碳氧摩尔比条件下Fe-Cr-Ni-O体系碳还原产物进行热力学分析,然后对Fe-Cr-Ni-O体系及模拟不锈钢粉尘进行等温碳还原实验,并对还原产物进行系统分析。研究结果表明:升高温度有利于体系中各金属氧化物的还原及合金相的生成;当碳氧摩尔比(nC:nO)小于1.0时,体系中金属氧化物尤其是Cr2O3的还原不完全;当碳氧摩尔比大于1.0时,还原产物中容易出现金属碳化物。当碳氧摩尔比为1.0时,渣铁分离效果较好。此外,温度主要影响反应后期的失氧速率,而碳氧摩尔比主要影响样品的最终失氧率,但温度与碳氧摩尔比对反应前期的影响均不大;推断前期主要发生Ni O和Fe2O3的还原,而后期主要发生Cr2O3的还原。

气体同位素交换技术及其在冶金中的应用

气体同位素交换技术是研究气-固、气-液反应的有效工具。它利用气相质谱仪在线监测同位素交换反应过程中气体成分的变化,进而解析反应的动力学方程。气体同位素交换技术已经广泛应用于化学、生物、地质等领域的化学反应机理的研究。简要介绍气体同位素交换技术的原理,重点阐述其分类及动力学,并概述其在冶金领域中的研究进展。

钢厂煤气资源化利用技术进展

为了助力钢铁工业转型升级,以钢铁生产主流程中的高炉、转炉和焦炉煤气利用现状为基础,介绍并分析了近年来钢厂煤气利用领域的技术发展情况;结合已有钢化联产运行案例,指出钢化联产模式的优越性,以及未来成为钢厂煤气高效利用和钢铁工业转型升级途径的发展趋势。

《冶金传输原理》教学改革与创新

在分析国内外传统冶金高校冶金传输原理课程教学现状的基础上,总结了目前冶金传输原理教学存在的问题,构建了以知识结构为主旨的冶金传输原理教学体系。建立了"课程内容设计→课堂知识讲授→重要知识体验→知识升华演绎→学习效果反馈"的完备教学循环体系;创造性地开展了冶金传输原理诗词大赛,深化知识体验;建立了开放教学实验平台,强化了知识运用。通过以上措施,提高学生学习兴趣,提升了教学质量。

新一代溶液几何模型中的关键参数——偏差函数的性质

溶液几何模型是计算多元系溶液、熔体性质的有力工具。几何模型经过发展,已经积累了丰富的计算方法。经过总结和创新,发展出了新一代几何模型。首先提供了溶液几何模型的简明计算图式。通过Sb-Ga二元合金熔体体系与Cu2S-FeS-Ni3S2三元熔融硫化物体系性质计算,分别指出了传统溶液几何模型中对称模型与非对称模型各自的理论缺陷。证明了新一代几何模型在理论上优于传统几何模型。并结合二元完全互溶体系热力学性质之间的关系,分析了新一代溶液几何模型引入的重要参数,针对偏差函数在新一代几何模型中的意义进行了探讨。通过计算与实例明确提出偏差函数的正定性与对称性两个重要性质,并将偏差函数性质数学化。提出了研究热力学函数之间关系的新思路,为几何模型的进一步发展做好必要的理论准备。

氧气高炉条件下含铁炉料的程序还原行为实验研究

采用高炉多区域约束数学模型对典型氧气高炉流程进行模拟计算,确定了其在不同位置处的煤气成分,并结合传统高炉的升温制度,采用程序还原实验装置对含铁炉料在氧气高炉和传统高炉中的还原历程进行研究。结果表明,氧气高炉条件下,烧结矿和球团矿的还原开始温度较传统高炉分别降低60℃和150℃;当温度达到1 100℃时,氧气高炉条件下,烧结矿和球团矿的还原度(RI)基本均达到100%,而传统高炉下其还原度(1 RI)分别为94%和83.1%。另外,经对反应后炉料的化学分析得出,氧气高炉条件下烧结矿和球团矿中的含碳量分别约为传统高炉条件下的10倍和2.5倍。