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。     

板坯连铸中间包下渣量及影响因素水模型研究

对我国某钢厂单流板坯连铸机中间包进行了水模型实验研究,测定了不同条件下中间包的下渣量和中间包钢液的RTD曲线及平均停留时间,用NOSA统计软件对测试结果进行了数据处理。研究中发现,中间包下渣量与浇注高度、中间包结构、控流元件的位置和高度、大包换包及换包时中间包液面高度有关。同时还观察到,采用阶梯型结构的中间包,在每一个中间包浇注最后一炉时,既可以降低中间包下渣量,又可以提高金属收得率。     

扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动的影响

建立中间包浇铸过程钢-渣-气多相流数学模型,研究稳态浇铸和换钢包过程非稳态浇铸时,扩张型长水口对中间包冲击区钢液流动行为的影响。结果表明,稳态浇铸时,使用扩张型长水口可以有效减小冲击区内钢液湍动能和液面流速,降低钢液面裸露和钢渣卷混的倾向;换钢包非稳态浇铸时,随着扩张型长水口内径增大,钢液面裸露面积整体逐渐减小,但长水口内径扩张2倍时,会由于排除气体量大,造成钢液面较长时间的裸露;使用内径扩张1.5倍的长水口时,钢液面裸露面积小,没有明显的钢渣卷混,有利于提高钢液纯净度。     

钢包下渣检测系统的研制

为解决连铸后期钢水带渣进入中包问题，研制了高频振荡器式的钢包下渣检测系统。经现场试用，该检测系统的灵敏度及稳定性均达到设计要求     

钢包半钢脱磷复吹数值的模拟研究

为研究承德钢厂100t钢包复吹对钢液的搅拌效果,利用Fluent软件对钢包在固定底吹模式下开展侧吹的流场进行数值模拟。结果表明,钢液流速、湍能、冲击面积都随侧吹流量增大而增大,熔池中速度死区逐渐降低,气体对熔池的搅拌能力也随之提高,加大侧吹气量对钢包渣层有搅拌效果,促进钢液的脱磷能力。     

中间包下挡墙溢流卷渣行为

通过采用数值模拟、水模型实验和工业试验相结合的方法研究了中间包内钢水液面在下挡墙时的卷渣行为.数值模拟结果发现:当钢液面接近下挡墙时,上下挡墙问钢液面容易暴露,造成钢水氧化,在下挡墙出口区一侧容易造成钢渣乳化和卷渣,在出口区下挡墙与中间包壁形成的角部区域卷渣趋势更大;溢过下挡墙的流体对下挡墙冲蚀较严重,在实际生产中将缩短中间包寿命;当中间包液面降低到下挡墙附近时在下挡墙处形成的卷渣很难在中间包内上浮去除,容易进入结晶器.水模型实验和工业试验同时验证了这一结果.     

70吨底吹氩钢包卷渣临界条件的水模型实验研究

文中针对西宁特钢70吨底吹氩钢包,通过水模型实验对钢包临界卷渣吹氩量进行研究,得到单吹临界卷渣吹气量为270L/min,双吹临界卷渣吹气量为320L/min.     

磷渣粉改善钢渣混凝土抗压强度及电通量

为了提高钢渣的利用率,改善掺入钢渣对混凝土电通量的不利影响,通过磷渣粉与钢渣粉复掺的方式,制备了强度等级为C40的钢渣粉-磷渣粉混凝土。采用扫描电镜和压汞法等手段,研究了钢渣粉、磷渣粉单掺及复掺时对混凝土水化产物和微观结构的影响。试验结果表明:当总掺量为60%(钢渣粉与磷渣粉掺量比为2∶1)时,28 d抗压强度达到59.4 MPa,是空白组的116%,56 d电通量为1 450 C,低于空白组电通量,比单掺40%钢渣粉组的电通量降低了1 749 C。该复掺方式比单掺钢渣粉或磷渣粉更能减少水泥的用量。磷渣粉的掺入使钢渣粉掺量从20%左右提升到了50%,不仅提高了钢渣粉的利用率,还改善了钢渣粉掺入对混凝土抗氯离子渗透性的不利影响。     

高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究

钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性.在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO2与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量.本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析.研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高.在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·SiO2(C3S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求.此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.     

在钢包中采用合成渣料脱硫的探讨

针对各钢厂转炉、平炉脱硫效率的状况，探讨了钢包使用合成渣进行脱硫，以提高脱硫效率。     

基于卷积神经网络的钢渣砂图像识别及图像变化规律

钢渣安定性检验是实现钢渣安全资源利用的关键,针对钢渣安定性检测方法的效率低且受到取样代表性不足的问题,提出一种基于卷积神经网络的钢渣砂图像分类模型SE-ConvNeXt。该分类模型针对钢渣砂的图像特征,在ConvNeXt网络中添加通道注意力机制SE-Net（squeeze and excitation network）。相比于原ConvNeXt和其他卷积神经网络模型,SE-ConvNeXt的收敛速度更快,训练过程更稳定,准确率更高。实验数据集采集于蒸汽处理前后的钢渣砂图像,钢渣砂的粒径为4.75-2.36mm和2.36-1.18mm。分别使用两个粒径的钢渣砂图像训练网络,并分析钢渣砂图像变化规律。模型预测两个粒径的钢渣砂图像数据集准确率分别为92.5%、94%,且两个粒级的钢渣砂图变化规律相似,随着蒸汽陈化时间的增加,变化程度逐渐变小,随后图像变化程度趋于稳定。分析粉化率的变化规律,钢渣砂粉化率变化规律与钢渣砂图像变化规律具有相关性,蒸汽处理的钢渣砂可通过钢渣砂图像评价体积安定性。     

精炼钢包渣线用中档镁碳砖的生产及使用

用中档镁砂作骨料,电熔镁砂作细粉生产的镁碳砖在江西省新余钢铁有限公司特钢公司LF－40t精炼钢包渣线上使用,实现了与钢包包壁衬砖使用寿命同步,平均使用寿命71炉次,完全可以取代原渣线部位使用的价格昂贵的高档镁碳砖,大大降低了钢包用耐火材料的消耗及费用。     

钢纤维混凝土超声-回弹测强曲线的建立

结合厦门至昆明国家重点公路干线的施工情况,配制一批不同龄期的掺入粉煤灰、矿渣的C40钢纤维混凝土试件。通过超声波检测、回弹检测及抗压强度实验,分析钢纤维掺量对钢纤维混凝土超声波声速、回弹值和抗压强度的影响。根据实验数据,建立钢纤维混凝土抗压强度、超声波声速、回弹值之间的关系曲线。结果表明：随着钢纤维掺量的增加,三种钢纤维混凝土的超声波声速、回弹值、抗压强度均呈先增大后减小的趋势;掺入粉煤灰和矿渣的混凝土密实度提高;铜纤维混凝土抗压强度、声速、回弹值三者之间相关性较好,超声-回弹综合法用于钢纤维混凝土无损检测是可行的。     

中外钢渣一次处理技术特点及进展

钢渣作为炼钢过程中一种重要的副产品,其产量大、利用率低,大部分钢渣的堆存不仅占用了土地,还污染了环境,浪费了资源。因此,钢渣的资源化处理越来越受到重视。对钢渣的一次处理技术进行了综述,对每种钢渣处理工艺技术条件以及优缺点进行了描述和点评。鉴于钢渣辊压破碎-余热有压热闷技术在解决钢渣的后续处理和资源化利用、环境影响等方面的优越性,该钢渣处理工艺可能会成为未来一个时期钢渣一次处理的主要工艺技术。     

掺钢渣沥青混合料体积膨胀性研究

钢渣作为我国存量较大的工业固体废弃物,目前国内对其利用率仅为30%左右,限制钢渣大规模资源化利用的主要原因在于钢渣所含的非稳定性物质在富水条件下易发生水化反应,造成钢渣体积膨胀。通过采用LVDT位移传感器测试法对掺钢渣沥青混合料小梁试件膨胀率进行测定,探究钢渣掺配比例、混合料油石比以及掺入钢渣粒径对混合料膨胀率大小的影响。结果表明,混合料中钢渣掺入不超过50%,混合料实际油石比在最佳油石比基础上提高1.5%,且使用大粒径钢渣,能更有效控制混合料膨胀率。此外,钢渣中的活性物质不断进行水化反应,将导致局部膨胀和集料剥落等损害发生。     

钢渣体积膨胀行为及改性方法研究进展

钢渣集料物理力学性能与天然碎石相似,然而钢渣集料体积稳定性较差,遇水易发生膨胀,严重制约其在道路工程中的应用。本文首先综述了钢渣集料的物理力学性能和化学组成;分析了诱发钢渣集料体积膨胀的主要因素;介绍了当下抑制钢渣集料体积膨胀的改性方法并总结其优缺点;提出采用钢渣表面改性的方法可增强钢渣表面疏水能力,消除钢渣遇水发生反应的前提条件。由于不同地区钢渣化学成分差异明显,钢渣改性处理工艺相对复杂,应深入研究钢渣表面改性方法,同时兼顾低成本有机改性剂的制备及循环利用,真正实现“低成本,高利用”的目的。     

含锰钢液在真空有渣精炼过程中的锰蒸发和脱氮行为研究

Considering the precise composition control on the vacuum refining of high-Mn steel, the behaviors of both Mn evaporation and nitrogen removal from molten Mn steel were investigated via vacuum slag refining in a vacuum induction furnace. It was found that the reaction interfaces of denitrification and Mn evaporation tend to migrate from the surface of slag layer to the surface of molten steel with the gradual exposure of molten steel during the vacuum slag refining process. Significantly, compared with the experimental group without slag addition, the addition of slag into steel can result in a lower Mn evaporation rate constant of 0.0192 cm·min?1 at 370 Pa, while the denitrification rate is almost not affected. Besides, the slag has a stronger inhibitory effect on Mn evaporation than the reduced vacuum pressure. Moreover, the inhibitory effect of the slag layer on Mn evaporation can be weakened with the increase of the initial Mn content in molten steel. The slag layer can work as an inhibitory layer to reduce the Mn evaporation from molten steel, the evaporation reaction of Mn mainly proceeds on the surface of the molten steel. This may be attributed to the Mn mass transfer coefficient for one of reaction at steel/slag interface, mass transfer in molten slag, and evaporation reaction at slag/gas interface is lower than that of evaporation reaction at steel/gas interface. The introduction of slag is proposed for both denitrification and manganese control during the vacuum refining process of Mn steels.     

钢渣对磷酸盐水泥基材料性能的影响机制

研究了利用钢渣制备磷酸镁水泥基材料的可行性,分析了钢渣对磷酸盐水泥基材料的凝结时间、水化特性、力学性能及微结构的影响机制.结果表明:钢渣对磷酸盐水泥性能的作用规律与粉煤灰相似.掺10%钢渣时,因钢渣引入的CaO及水化生成的氢氧化钙,使得磷酸盐水泥凝结硬化加快,且钢渣自身硬度在一定程度改善了硬化水泥浆体抗压强度;随钢渣掺量增加,起胶结作用的水化产物减少,整个体系孔隙增加、结构疏松,游离氧化钙还会使磷酸盐水泥基材料性能出现劣化.钢渣掺入在浆体中并未观察到新的水化产物,但较高掺量下体系微裂纹增多.     

钢渣粒度分布对钢渣水泥水化特性影响的灰度分析

利用机械激发的原理,从强度与Ca(OH)₂含量两个方面,研究不同球磨时间下钢渣粉的粒度特性以及比表面积对钢渣水泥胶砂水化性能的影响,同时采用灰色关联分析方法探讨钢渣颗粒粒径与钢渣水泥胶砂强度和水化程度的影响规律.结果表明:球磨时间增加,钢渣比表面积增大,活性随之增强;通过DTG热分析发现钢渣的比表面积的变化会影响水化产物Ca(OH)₂结晶和晶体生长速率;钢渣粉中10~20μm粒级对钢渣水泥强度促进作用最大,5~10 μm粒级对钢渣水泥28 d Ca(OH)₂含量促进作用最大,因此增加5~20 μm范围的钢渣颗粒含量,有利于提高钢渣活性.     

钢渣基胶结材料及应用前景

中国在钢渣综合利用方面与日本等发达国家差距较大,尤其是在水泥和混凝土等跨行业领域应用。由于钢渣化学组成与水泥相似,具有一定胶结性能,研究者开发出一种新型钢渣基胶结材料。针对钢渣基胶结材料活性低现状,对钢渣凝胶性能、活性激发技术、配方方案设计、水化机理研究等方面进行了详细的论述探讨。相比掺入结构混凝土应用,钢渣基胶结材料在矿山充填领域具有较大的市场和成本优势,现有钢渣的低膨胀性能够克服体积微收缩,增强充填体后期强度,是钢渣基胶结材料极具可实施性的应用方向。