连铸热坯表面温度可见光谱CCD辐射测温方法

针对连铸坯表面测温现状和存在的问题,建立了双色法(R、G)与单色法(B)相结合的实时测温模型。采用可见光面阵CCD图像传感器进行铸坯表面图像采集,实验研究了不同光圈(F)与积分时间下的R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色值随温度的变化规律和动态响应区间。利用计算机图像处理技术建立了连铸热坯表面二维温度场与RGB的关联关系,实现了连铸热坯表面温度场的在线测量。通过控制CCD传感器光积分时间以提高CCD传感器的动态响应范围,为实现连铸坯表面温度场在线测量提供了理论基础和技术支撑。

全氧高炉炼铁工艺模拟分析

建立了全氧高炉工艺的系统模拟模型。该模型能够计算不同原燃料、不同操作参数下的原料消耗、熔剂消耗、渣量及其成分、各种煤气量及其成分等。模型计算结果表明:在炉身矿石金属化率为90%时,若在炉身底部吹入较多的循环煤气,热量的需求决定了完成炉身内矿石还原所需的煤气量;若在炉缸吹入较多的循环煤气,还原性气体的需求决定了完成炉身内还原所需的煤气量。在焦比固定和正常操作条件下,煤耗的计算值基本随系统输出煤气量的增加而线性增加。在焦比取为200 kg时,经计算获得的系统最低煤比为200 kg左右。

氢还原竖炉的模拟分析

利用一组物料、热量守衡式及其他有关约束关系,建立了氢还原竖炉模拟模型,可定量考察消耗量、生成量和氮气、CO兑入成分、DRI金属化率、入炉煤气温度等的关系。模拟结果表明:兑入CO可使入炉煤气量从纯氢还原的1 650N·m3左右下降到1 200N·m3左右;当CO和H2的体积之比V(CO)/V(H2)约为0.6时,氮气兑入量约为0,竖炉能量利用最佳;当V(CO)/V(H2)体积比为0.3时,最佳氮气兑入成分约为11%;纯氢还原最佳氮气兑入成分约为25%;兑入氮气可以减少入炉氢气的量,但不能减少入炉气体的总量。对氢还原竖炉模拟结果可为其工艺设计、操作和节能等提供参考信息。

冷却速率对耐候钢高温力学性能的影响

铸坯高温力学性能是铸坯受力过程中决定裂纹产生的关键因素。在Gleeble热/力模拟实验机上模拟测试1.65,5,10℃/s 3个冷却速率下耐候钢Q450NQR1铸坯高温力学性能。在1 050℃,3个冷却速率下试样都出现奥氏体动态再结晶;在850℃,塑性值都达到最低点,断面收缩率接近23%;随着冷却速率的增大,铸坯易产生裂纹的第III塑性区扩大,且向低温段扩展,塑性凹槽变深;增大冷却速率钢的各种强度降低,但增大到一定程度后强度不再降低;小的冷却速率下,奥氏体晶界上很少析出网状或薄膜状铁素体、微合金的化合物被包裹在基体中,利于提高钢的塑性。

扩散方程的稳态近似分析:Ⅰ.稳态近似法处理过程

反应器内层状渣(锍)、金液界面两侧内扩散、团块、气泡、粉粒或液滴内的扩散,都是有限长度区间上传质问题;获得有限长度区间上扩散方程的近似分析解,可兼有学术和应用价值。以质量守衡原理、菲克扩散定律为物理基础,以对方程的离散化处理为手段,以基于浓度变化率随时间不变的假设获得扩散速率近似式为必要步骤,给出了对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理的过程;同时获得了二、三类边界条件下扩散方程的一个稳态近似解。对近似解和精确解偏差进行了分析。笔者对扩散方程的稳态近似法处理过程可以应用于工程上。

对高炉内炉料运动势流模型及其流函数解法的发展

高炉综合模拟中,势流理论是模拟固态炉料运动可选用的理论之一,但求解原势流模型所定义流函数的等值线不一定是流线。文中首先将原势流模型发展为包括连续性方程、旋度为0方程的3方程模型,而且证明了求解此3方程模型所定义流函数的等值线是流线,进而结合位于同一流线上的床层填充颗粒直径不变的假设,导出了可模拟计算床层内炉料颗粒直径分布的方程;讨论了基于发展后势流模型的物料混合特征。最后将对炉料势流模型及其流函数解法的发展推广为发展其他运动模型及其流函数解法的一般方法。笔者的工作对势流理论在高炉等相关工艺模拟中的应用有一定的推动和示范作用。

二、三类边界条件下扩散方程的稳态近似分析

描述反应器内团块、粉粒或液滴内的传质都离不开扩散方程。获得工程上可利用的扩散方程的近似解,既是实践需要,也是理论发展方向之一。在给出对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理过程的同时,将动力学中常用的浓度随时间不变的稳态假设发展为浓度变化率随时间不变的稳态假设,继而获得了一具体扩散问题的近似分析解。稳态近似法获得的结果和精确解随时间变化是同步的;近似解与接近最终稳态的情形吻合程度好,与远离最终稳态的情形吻合程度稍差些;稳态近似法获得的结果基本上满足总体质量守恒。

连铸坯凝固晶粒生长的元胞自动机模型

首次将元胞自动机(Cellular Automata,CA)方法和有限差分法结合起来,建立了连铸坯凝固时内部等轴晶和柱状晶的随机形核和晶粒生长模型。结合某钢厂实际生产情况,对实际工况下连铸坯凝固组织进行模拟,再现了连铸坯内部组织的演变规律,发现晶粒呈现等轴晶-柱状晶-等轴晶的转变,以及不同工艺制度下3个晶层的厚度情况,表面激冷层和中心等轴晶层厚度随拉速增加而减小,随下钢水过热度降低而增大,但柱状晶层厚度却随拉速和钢水过热度的增加而增加。仿真结果对晶粒的随机形核、晶粒的择优生长、竞争生长以及晶粒的随机取向都有比较好的体现。

扩散方程的稳态近似分析:Ⅱ.稳态近似解

通过与有足够精度的数值解对比和理论分析得出:稳态近似法获得的结果基本上满足总体质量守恒;从扩散开始,一直到最终稳态的过程中,稳态近似解和精确解随时间变化是同步的;稳态近似解与接近最终稳态的情形吻合程度好,与远离最终稳态的情形吻合程度差些。近似解全面反映了传质参数或准数对传质过程的定性影响。对扩散方程的稳态近似法处理过程和由此获得的近似解工程上可以应用。

一、二类边界条件下扩散方程的一个稳态近似结果

将动力学处理非稳态问题的浓度随时间不变的稳态假设发展为浓度变化率随时间不变的稳态假设,对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理,获得一、二类边界条件下扩散方程的一个稳态近似解。并将其与精确数值解对比。研究结果表明:稳态近似法获得的结果和精确解随时间变化是同步的,利用近似解可以准确地预测达到最终稳态的时间;近似解与接近最终稳态的情形吻合程度好,与远离最终稳态的情形吻合程度较差;稳态近似法获得的结果基本上满足总体质量守恒。

改进铁水镁脱硫聚渣剂聚集效果的试验

通过对某厂脱硫渣及聚渣剂的研究,发现其脱硫渣熔点高、呈颗粒散状分布于铁水表面;目前所使用的聚渣剂熔点高、粘度大,对脱硫渣的聚集效果不明显,导致脱硫后扒渣效果差,转炉回硫率高。针对这些问题,新设计了聚渣剂并进行实验室研究,确定聚渣剂的成分范围以及加入量的比例,获得较好的聚渣效果。

T型中间包湍流控制器对夹杂物去除的影响

通过水力学模拟试验和数值模拟试验,研究湍流控制器对夹杂物上浮去除的影响,并比较了有无湍流控制器时中间包内夹杂物颗粒的运动轨迹。湍流控制器使从大包注入的钢液返流到达自由表面,从而消除中间包底部流,发展表面流,有利于夹杂物的去除。其中湍流控制器+挡坝的结构对促进夹杂物去除效果最好。

硫高温逸出对石油焦石墨化影响的试验研究

炭质材料中的硫是一种有害元素,会使炭制品出现产生裂纹等现象。在石油焦高温石墨化过程中,石油焦中硫的逸出对石油焦的真密度和石墨化进程有不可忽视的影响。本研究以某企业石油焦为研究对象,模拟石油焦煅烧工艺,研究300℃/h和600℃/h煅烧升温速率下石油焦的石墨化度、真密度和脱硫量的变化规律;讨论了不同煅烧升温速率过程中石油焦的石墨转化速率的变化;阐明了煅烧升温速率对石油焦硫高温逸出、石墨化度的影响规律。分析讨论了硫逸出过程对石油焦石墨化进程及真密度变化的影响。

钒渣中尖晶石等温长大的动力学研究

采用扫描电镜(SEM)观察了低钒钒渣(V2O3 8%)不同结晶温度及不同冷却时间的结晶形貌,用X射线衍射物相分析(XRD)及能谱分析仪(EDS)研究了钒渣中V,Fe,Si等各主要元素的赋存形式,用IPP软件统计分析了不同条件下钒渣物相组成和尖晶石生长规律及其影响因素,并用JMAK模型描述了等温过程尖晶石长大动力学行为,得到了尖晶石生长表观活化能。结果表明:钒渣主要由尖晶石相和硅酸盐相组成,硅酸盐相包括大量的橄榄石相及微量的辉石相;钒主要赋存于MgV2O4,FexV3-xO4,MnxV3-xO4(1≤x≤3)等尖晶石相中,钒基本不进入硅酸盐相;尖晶石长大主要包括晶核长大与Ostwald粗化两个过程;温度1523 K左右有利于尖晶石生长,过高则过冷度较小,过低则原子扩散缓慢,均不利用尖晶石生长;1523 K保温5 min,尖晶石平均粒径仅为9.83μm,随着保温时间的延长,尖晶石尺寸逐渐增大,30min时尖晶石平均粒径为26.8μm,30 min后,尖晶石生长缓慢;尖晶石生长速率可用转变分数表示,随时间延长,转变分数逐渐降低;尖晶石生长过程可用JMAK方程描述,其表观活化能为575 kJ.mol-1。

38CrMoAl高铝钢钢水可浇性控制

38CrMoAl高铝钢由于Al含量较高([Al]=0.7%～1.1%,质量分数),在连铸过程中容易导致水口的堵塞,因此需要对钢中Al2O3夹杂物进行形态控制,保证钢水的可浇性.热力学计算和实验研究结果显示:钢中高含量的Al对渣中即使少量的SiO2都具有较强的还原性;不采用传统的精炼喂钙线工艺,而进行转炉出钢过程渣洗操作,能将高熔点的Al2O3转变为低熔点的球状钙铝酸盐夹杂.同时,采用CaO--Al2O3基中间包覆盖剂,以避免钢渣反应导致钢中夹杂物含量增加.工业性试验结果表明,钢水洁净度较高,可浇性好,连续浇注5炉后,水口内壁基本无结瘤现象.

高磷铁水脱磷渣枸溶性

参照实际转炉脱磷炉渣,配制了不同F、P2O5、FeO和MgO含量及碱度的渣样,用化学分析方法测试了不同组分对渣中磷的枸溶率的影响规律.结果表明:当脱磷渣中含有F时,P主要与F形成氟磷灰石,使得磷的枸溶率随渣中F含量的升高而急剧降低,当不含氟时枸溶率可达92.5%,当氟质量分数达到0.5%时枸溶率已降低到50%以下;随碱度增加,由于渣中Ca2+含量增加,破坏了硅氧网络结构,使得枸溶率有所上升;渣中MgO含量升高,由于Mg2+在熔融冷却过程中会抑制β--Ca3(PO4)2晶体的析出,而β--Ca3(PO4)2中磷不易为质量分数为2%的柠檬酸液溶出,而使枸溶率有所升高;随渣中P2O5含量升高,由于P5+与O2-形成络离子,P5+位于O2-密集形成的间隙中,不易溶出,使得枸溶率有所下降;渣中FeOn升高,枸溶率随之降低.

钒渣钙化焙烧参数对钒浸出率的影响

在分析钒渣(V2O38.07%)钙化焙烧过程反应机理的基础上,采用钙化焙烧-酸浸法研究了钙化焙烧过程中CaO/V2O3(质量比)、焙烧温度、焙烧时间对钒浸出率的影响.结果表明,焙烧温度在600～900℃之间时,V2O5等钒氧化物可与CaO发生反应,形成以CaV2O6,Ca3V2O8,CaV3O7为主的钒酸钙.当CaO/V2O3由0.48提高到约1.125时,钒浸出率由55.3%提高到69.2%,当CaO/V2O3>1.125时,钒浸出率开始下降.焙烧温度由750℃提高到825℃时,钒浸出率由56.3%提高到69.7%,温度进一步升高,物料开始烧结,浸出率逐渐下降.随焙烧时间延长,钒浸出率逐渐提高,2h后达最大;时间继续增加,钒浸出率会因物料间发生二次反应而下降.

提高宽厚板坯无清理率的关键技术

重钢新区在投产之初,连铸板坯表面原始合格率较低,铸坯表面的主要缺陷表现为:表面纵裂纹、铸坯角部横裂纹、铸坯宽面边部凹陷,此外黏结问题一方面对工艺顺行造成了重要影响,同时也制约了铸坯表面质量的提高。通过对现场生产过程中铸坯表面缺陷的跟踪和分析,并在生产中采取相应的控制措施,最终使铸坯表面无清理率达到了较高水平,为连铸坯的热送热装创造了条件。

含TiO_2的保护渣在高温下生成TiN、Ti(CN)的研究

使用含TiO2较高的原料或人为地在保护渣中加入TiO2,可以降低结晶器内渣膜的传热能力,但是该类渣在现场长期使用后会出现连铸粘结和漏钢比例大幅上升的情况,造成这一问题的可能原因是该类保护渣在熔化过程中形成了TiC、Ti(C、N)等高熔点物质,从而引起粘结漏钢。本文通过热力学计算以及实验室研究证实了在含TiO2保护渣使用过程中生成TiC等高熔点物质的可能性。

连铸板坯宽面边部纵向凹陷的预防

国内钢厂连铸板坯生产过程中,铸坯宽面边部纵向凹陷频发,严重时影响了连铸坯的表面质量,并造成轧材缺陷。主要分析了连铸板坯宽面边部纵向凹陷的形成原因,讨论了影响边部纵向凹陷产生的因素。结合生产现场试验,通过优化结晶器流场、优化结晶器锥度以及加强结晶器足辊段窄面的冷却强度等一系列有效的措施,使连铸板坯宽面边部纵向凹陷得到了有效的预防,连铸坯表面质量显著改善。