国外电炉节能动态述评

1973年能源危机发生以来,国外高度重视能源节约,在冶金、机械等工业领域里大力开展电炉节能研究。当前,电阻炉的主要节能技术是应用耐火纤维炉衬以及电阻直接加热;感应电炉节能的主要动向包括冷却水废热回收、炉料预热、联合供热以及选用高效率的变频设备;电弧炉节能的主要研究课题是炉料预热以及烟气废热的回收。     

电弧作用下银基触头温度场的有限体积法分析

推导了电弧热流密度关于电路电压和电流的数学表达式.基于有限体积方法和显热容法,对银基触头材料受电弧作用的温度场进行了数值分析.计算中有效处理了复合触头材料的物性参数,分析了触头材料熔池的特征.计算表明:在相同条件下,纯Ag触头材料的熔化面积最小,而AgZnO(10)触头材料的熔化面积最大;熔池大小随电压和电流的增加而增加,但电压的影响更为显著.     

电弧超声的频率响应特性及其谐振机理

为探讨并建立一种频率、功率等参数可以实时调节的新型超声发生机构,选择熔化极与非熔化极电弧回路,分别施加高频连续交变信号和脉冲敲击式信号,以不同的能量传输方式成功地实现了电弧超声激发。对受激电弧的声发射信号分析表明,从音频到超声频带,电弧声发射与激励频率之间存在着线性响应和非线性响应特征。利用熔池简化模型和振动方程,解释了电弧超声谐振波群的产生机理,预测了谐振频带的可能分布。这些特性对实现功率超声“柔性控制”具有潜在的应用价值。     

电弧炉炼钢废钢预热规律数值模拟研究

为了充分利用电弧炉烟气余热预热废钢,以计算流体力学软件Fluent为平台,建立废钢预热过程三维非稳态随机分布局部模型,采用数值模拟方法探究了不同种类废钢预热温度分布规律。模拟结果表明：废钢预热温度随预热时间的增加明显升高,且废钢厚度显著影响预热温度,相同预热条件下,轻薄型废钢的平均温度在1 600 K左右,中型废钢在1 000 K左右,重型废钢在700 K左右;增大比表面积能够在一定程度上提高各类型废钢的预热温度,考虑到废钢在预热过程熔化对出钢质量的影响,底层废钢比表面积控制在1.5 m²/m³以下,重型废钢比表面积控制在0.25 m²/m³以上;高温烟气会优先通过空隙率大、通畅性好的区域,密集堆积的板状废钢会阻碍烟气流动,导致该区域预热温度降低。因此,在生产中可相对减少重型废钢的配料比例,多采用中型废钢。研究结果可为使用废钢预热技术的厂家提供预热分析数据,为改进电弧炉炼钢预热工艺、实现工业废钢的高效冶炼提供一定的理论依据。     

单电极直流电弧炉电热特性理论研究

运用电磁理论与流体静压力原理,导出了电弧自身的电磁向心压缩力以及电弧对熔池冲力的解析式。又运用辐射传热原理,导出了单电极电弧对熔池与炉衬辐射传热的解析式。解析式揭示出电弧自身电磁向心压缩力、电弧对熔池冲力,单电极电弧对熔池以及对炉衬辐射传热的规律。     

电渣重熔过程中金属熔池形状的数学模拟

本文利用了前人关于熔滴在渣池中行为的研究成果和渣池中有关传热规律的实验资料,确定了渣池一金属熔池界面上的边界条件,通过实验确定了输入功率与熔化速度的关系,建立了包括有金属熔池、两相区,凝周锭在内的电渣锭温度场的数学模型,经数值计算,得到6种不同熔化速度的熔池形状,与实验进行比较,其结果令人满意。     

基于遗传算法的电炉载能值综合优化

引入载能体的方法,统筹电炉炉料结构、电炉供氧、配碳和供电等多种因素,建立了电炉载能值综合优化模型.模型约束复杂,采用线性规划难以求解,本文采用遗传算法进行求解.对BH1H、BHDDQ和SUS304钢种进行能值计算.结果表明:在保证电炉出钢钢水化学成分、温度和渣的碱度等指标符合要求的前提下,每炉钢水能值分别降低了22.8%、21.4%和23.6%.     

冲天炉熔化带的实际测定及分析

本研究在冲天炉中对生铁、锰铁、硅铁及废钢等炉料实施跟踪测温,分别测出了它们的熔化区间.发现子熔化带按熔点高低呈程序排列,它们可以分开,也可以搭接和重叠.     

中频炉在酒钢不锈钢初炼钢水中的调配应用

目前在不锈钢初炼钢水中，仅靠常规挖潜手段来降低成本的空间已十分有限，传统电弧炉在熔化废钢时存在温度高、渣量大的问题，导致镍、铬等合金元素在电弧炉冶炼环节烧损量相对较大,中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在废钢内产生，故其加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少，根据现场数据分析，中频炉熔化高镍、高铬合金工艺可实现综合收得率提高1%和4%。结合酒钢实际，本研究从工艺流程、工艺设备的制定与选用等方面探讨了中频炉在酒钢不锈钢初炼钢水中的应用。     

双丝共熔池熔化极气体保护焊熔池流动的数值模拟

利用FLOW3D软件建立三维数值模型,以模拟船用A36低碳钢双丝熔化极气体保护焊(GMAW)熔池的流动行为.采用双椭球热源模型,考虑电弧压力、表面张力、电磁力及浮力所驱动的熔池内液态金属的流动和热传递,以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用,并利用高速摄影技术观察熔池的流动行为.结果表明,双丝GMAW形成了单一共熔池,后丝产生的电弧压力分量抑制了液态金属向熔池尾部的流动,双丝之间形成的"推-拉"流动方式以及熔池向外流动方式有助于形成较好的焊缝;双丝GMAW熔池内不易形成毛细不稳定流动的现象,熔池前后表面张力的法向分量相对平衡,没有出现液体通道收缩及提前凝固的现象.     

EAF steelmaking process with increasing hot metal charging ratio and improving slagging regime

A new electric arc furnace (EAF) steelmaking process with increasing hot metal charging ratio and improving slagging regime simultaneously was developed and applied in a 50 t electric arc furnace for more than a year at No. 1 Steelmaking Plant of Shanxi Taigang Stainless Corporation Limited. The essential fact of the new EAF steelmaking process was to charge hot metal in two portions or steps: firstly, 35wt%-40wt% hot metal was pretreated by blowing oxygen in a specially designed reactor for decar burization and improving hot metal temperature and melting premelted slag; secondly, 30wt% hot metal was charged into EAF with high basicity refining slags from ladle furnace (LF)-vacuum degassing furnace (VD) refining process. The results show that the hot metal charging ratio can reach to about 65wt%-70wt% for the new EAF steelrnaking process; meanwhile, the tap-to-tap time of a 50 t EAF can shorten by 5-10 min, the electricity consumption can decrease by 35-50 kW·h/t, the lime consumption can reduce by 10.5 kg/t of molten steel, and the content of harmful heavy metals in molten steel can be easily controlled to less than the upper limits of aimed steel specification or grade compared with the traditional EAF steelmaking process. In addition, the dephosphorization ability shows a slight strengthening, however, a small degree of lessening for desulphurization ability is observed for the new EAF steelmaking process, but the weakness of desulphurization ability cannot become an obstacle to its further application since a stronger desulphurization ability can be achieved during secondary refining of LF coupled with VD after EAF steelmaking process.     

45t电炉终点碳控制技术研究与应用

对45 t电炉终点碳控制技术进行研究,优化了冶炼工艺及用氧制度,改进了泡沫渣工艺.电炉氧化末期钢水碳的合格率得到较大提高,减少了脱氧材料加入量,在一定程度上降低了LF座包钢水中的氧含量.通过优化泡沫渣工艺,电炉炉盖结冷钢现象已基本杜绝,炉子水冷件漏水现象大幅度减少,缩短了热停时间.     

现代电弧炉冶炼周期综合控制理论及应用

在分析40年来国内外现代电弧炉炼钢技术发展特点的基础上,指出现代电弧炉炼钢技术是围绕缩短冶炼周期以满足高效连铸节奏要求这一核心发展起来的,提出了现代电弧炉冶炼周期的综合控制理论.简要地介绍了这一理论以及在这一理论指导下开发的包括电炉加铁水冶炼等一系列高效化电弧炉炼钢技术和在中国电炉钢生产中的应用效果.这一理论指导和推动了钢铁冶金及我国电炉钢生产的发展.     

电弧炉炼钢用四元炉料的冶炼过程物耗和能耗分析

天津钢管集团股份有限公司150t电弧炉炼钢长期使用四元炉料,其平均炉料配入比为46.2%废钢、9.1%生铁、26.4%热铁水、18.3%DRI,通过物料衡算和能量衡算分析了电弧炉冶炼过程的物耗和能量状况.论文研究得出了单位炉料对物耗和能耗的影响,以及四元炉料结构变化对吨钢电功率输入的需求范围为153～744kW.对大量生产数据进行逐步回归分析,结果表明:直接还原铁配入比RDRI的影响最为显著,每增加1.0%,吨钢电耗大约增加1.4kWh;其次是铁水配入比RHM,其每增加1.0%,吨钢电耗大约降低2.0kWh.     

"中国式"电炉炼钢流程碳排放特点及其源解析

电炉炼钢流程，因其注入过多铁水在中国并未发挥减碳作用，本文称其为“中国式”电炉炼钢流程.对此，本文在建立研究边界的基础上，结合排放因子法，构建了“中国式”电炉炼钢流程的碳排放桑基图，探寻碳排放的路径.结果显示:采用“中国式”电炉炼钢，吨钢CO₂排放量为3.070t.其中，电炉炼钢工序CO₂排放量最大，为1.400t.特别地，代替废钢加入铁水导致CO₂排放1.419t.分析发现:中国钢铁企业处于成长期，废钢指数小，废钢资源不足;废钢回收利用系统不完善;工业用电价格高.这些因素造成电炉炼钢流程采用了过多的铁水进行冶炼.     

钛渣电弧炉中的多物理场和还原反应模型

针对电弧炉操作参数的选取与控制，建立了一个物料、钛渣、铁水三相传输与反应过程的三维多物理场模型.基于有限体积法，求解模型方程，结果表明:焦耳热、温度场和电压压降都主要集中在熔池表面接近电极的区域，表现出多物理场的强耦合性和不均匀性；熔池沿横向的扩张随着时间的推移而明显减缓，直至稳定在炉壁附近，形成挂渣层；料层内钛精矿和焦炭的质量分数影响还原反应发生的位置，使之不断向炉膛入料口移动；电炉入料量与反应速率拥有相似的变化趋势，当炉况趋于稳定时，钛渣生成速率为2.4kg·s^-1，铁水生成速率为1.5kg·s^-1，主料口、副料口和炉心料口的质量流量之比为20∶22∶9.     

TIG焊流动、传热及界面跟踪动网格数值模拟

基于磁流体力学(magnetohydrodynamics,MHD)模型,采用动网格技术(dynamic mesh method,DMM)跟踪电弧-熔池界面,建立了钨极惰性气体(tungsten insert gas,TIG)保护焊过程耦合流动、传热、凝固熔化及动网格界面跟踪的数学模型.首先计算自由燃弧,得到了准确的弧区速度、温度及压力等参数.然后分别验证了熔池内电磁力、热浮力、等离子流曳力和Marangoni力4个驱动力.考虑上述电弧-熔池相互作用,基于压力的动态平衡跟踪界面,计算了304不锈钢TIG焊过程,得到了等离子体冲击造成的熔池中央下凹及边缘上凸现象.结果表明,本模型可以得到更准确的界面及熔池形状.     

无熔深堆焊铜熔池图像视觉检测方法研究

在分析了视觉法检测熔池的取像机理和钨极氩弧焊（TIG焊）电弧光谱的基础上,提出了近红外波段取像铜熔池的思路,并设计出基于不同取像机理的多种复合窄带滤光系统.采用普通电荷耦合（CCD）传感器从正面拍摄了铜熔池,并对不同观察窗口下的取像结果进行比较分析,找到了相对较佳、可获得较清晰的铜熔池图像的取像窗口.最后分析了TIG焊铜熔池图像的特征,并与TIG焊钢熔池图像比较后发现：在近红外波段,铜熔池比钢熔池难于获得清晰的图像.