RH冶炼超低碳钢的最优工艺研究

建立了RH碳氧反应模型,计算值和实际测量值吻合较好,可以模拟实际RH精炼过程中的碳氧反应.在一定的初始碳含量范围内,初始碳含量对RH脱碳结束的碳含量基本没有影响,同时,RH脱碳反应达到14min后其脱碳速度小于1.5×10-6min-1,脱碳反应接近平衡.随着钢包渣TFe含量的增高,RH脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值在降低.当钢包渣TFe含量为8%时,实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近.     

一体式好氧膜生物反应器处理城市污水的出水水质BODp数学模型研究

利用SMBR运行过程中的物料平衡、有机物的微生物降解反应动力学模型及膜污染动力学模型,并根据SMBR处理城市污水的具体特点在公式推导过程对相应的部分进行了适当的简化,从而推导出了一体式好氧膜生物反应器处理城市污水的出水水质BODp的计算公式.通过公式的计算数据和实验测定值对比分析得到：出水水质BODp的计算值与实验测定结果基本一致.     

兑铁水条件下UHP电弧炉脱碳数学模型

以脱碳反应动力学规律及质量平衡为基础导出了电炉兑铁水条件下熔池脱碳速度与相应工艺参数之间关系的数学模型.与某钢厂100 t UHP电弧炉实际冶炼结果对比表明,该模型可以比较准确地预测熔池含碳量的变化和控制冶炼终点碳含量.研究表明,在高碳范围内脱碳速度与供氧流量成正比;在中碳范围内,其脱碳速度与熔池碳含量的平方根成正比;在低碳范围内脱碳速度与熔池碳含量成正比.用最小经济吹氧量曲线,即根据钢水碳含量降低相应递减吹氧量的吹氧方式,可以获得最佳的冶炼效果.     

300M钢的脱碳行为演化及防护研究

300M钢是重要的飞机主承力结构用材. 然而, 该材料在模锻热处理过程中会出现不同程度的表面氧化和脱碳, 严重影响锻件成品率. 本文对300M钢在不同热处理条件下的脱碳行为进行了系统研究, 利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等手段表征分析了热处理后试样表层组织形貌, 并采用硬度法统计了脱碳层深度的变化情况, 阐明了300M钢在不同热处理条件下的脱碳行为演化规律, 厘清了防氧化涂层对脱碳层深度的影响. 结果表明, 300M钢在热处理过程中近表面处生成的致密氧化层对碳和氧元素的扩散具有明显的抑制作用; 碳的扩散速度与表层氧化速度在不同温度下都会有一个平衡点, 而表面防氧化剂涂层的施加则会破坏原有平衡. 微观组织分析结果显示, 300M钢表层全脱碳区为珠光体或铁素体, 半脱碳区为马氏体及析出碳化物. 本文还阐明了300M钢表层微观组织随保温时间的演化规律. 最后本文从热力学角度揭示了300M钢表层脱碳-氧化耦合机制. 本文的研究成果有望为300M钢的模锻优化工艺和热处理防护技术提供重要的数据和理论支撑.     

顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程的数学模拟——过程数学模型

对顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程提出了一个数学模型。该模型假设低压下顶吹入的氧,部分与逸出熔池的CO反应,部分使生成的钢液滴内各元素氧化,其余经射流冲击坑向钢液渗透和溶解;进入熔池的氧使钢中的碳、铬、硅、锰和铁氧化,生成的FeO是一中间产物。所有可能的氧化-还原反应分别在钢液/熔渣及钢液/气泡界面同时发生,并在竞争中达到其各自的综合平衡。在较高碳含量下,各元素氧化速率主要与吹氧量有关;在低碳含量下,脱碳速率主要取决于钢中碳的传质。吹入钢液未反应的氧不在钢中溶解和积聚,逸出熔池并参与熔池上方炉气内CO的二次燃烧。以多层复合壁的二维瞬态导热处理了炉壁传热,考虑了各操作因素及不等温状态等的影响。     

连续一级反应动力学参数的计算机模拟

在实验测得连续一级反应的中间体最大浓度[B]_(max)和相应的反应时间 t_(max)的基础上,对其动力学方程进行一系列推导,使二元优化变为一元优化,再利用黄金分割法进行计算机模拟,求得 P—硝基氯苯与氰基乙氧甲酰基甲基碳负离子的亲核取代反应中,电子转移和反应中间体 p—硝基氯苯负离子自由基的分解反应速率常数 k_1和 k_2及相应的活化参数,得到了满意的结果.     

破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析

为了从理论角度分析钢/陶瓷/钢复合板抵御爆炸破片的侵彻能力,将钢/陶瓷/钢复合靶板简化为由单层的薄板(钢面板)与陶瓷/钢复合靶板组合而成,建立了破片侵彻复合板过程的理论分析模型。结合Florence模型推导了弹体穿透钢/陶瓷/钢复合靶板的剩余速度公式。采用非线性动力学计算程序AUTODYN模拟了圆柱形破片对钢/陶瓷/钢复合靶板的侵彻过程,模拟结果与理论计算结果吻合较好,推导得到的理论公式具有一定的工程实用性。     

旋转磁场作用下真空精炼装置内脱碳过程的模拟研究

为了了解旋转磁场下真空精炼装置内的脱碳反应,对RH装置内钢液流场与脱碳过程进行了耦合计算;采用修正的均相流模型计算流场,避免了先前的一些不具推广性的方法,如简化计算区域或者预先规定含气率分布等.分别对有、无旋转磁场作用时的RH系统进行了模拟计算.模拟结果表明:流场和脱碳过程与现有文献中实验结果相符合;当旋转磁场作用后,磁感应强度为0.04 T时,初期脱碳速度比无旋流作用时增加了约15%,这是由于旋流增加了系统的搅拌能,提高了脱碳反应速率.脱碳反应进行到最后阶段,不同磁感应强度下的碳含量趋于同一稳定值.     

RH精炼脱碳与夹杂物控制

为了提高RH精炼处理效率及钢水的洁净度,鞍钢股份有限公司炼钢总厂针对RH精炼装置脱碳、氧含量和夹杂物控制等相关工艺进行了研究和改进.通过控制转炉粗钢液中的碳氧含量、快速提高RH真空度、增加提升钢液的驱动气体氩气流量、吹氧强制脱碳、延长真空脱碳时间、增大插入管管径以及改善插入管形状维护等措施,保证了RH精炼的脱碳效果.通过控制钢包及浇注过程增碳,保证了成品碳稳定控制在20×10-6以下;同时优化了RH精炼升温工艺,并开发硅脱氧、镁脱氧及中间包改质工艺,显著降低了钢坯的全氧含量,降低了冷轧夹杂比率,从而确定了合理的RH冶炼超低碳钢工艺参数及RH精炼搬出后超低碳钢增碳的控制工艺.     

取向硅钢脱碳过程的数值模拟分析

通过对硅钢钢带表面的脱碳反应动力学和碳在钢带内部扩散机理的研究,建立取向硅钢脱碳过程的数学模型,模拟分析脱碳气氛、退火温度、钢带的初始碳含量和厚度等因素对脱碳过程的影响,并与试验结果进行对比分析。结果表明,所建模型是可靠的;气氛中的水氢比过高会引起钢带表面过氧化而阻碍脱碳;钢带初始碳含量只在脱碳初期对脱碳过程有所影响;钢带中心部位的碳向外表面的扩散是影响脱碳过程的重要环节;提高退火温度并适当降低露点有利于加快取向硅钢钢带脱碳过程的进行。     

二氧化碳—氧气混合喷吹炼钢实验研究

通过采用冶金反应的热力学分析、热平衡计算及热态实验,研究了CO2与O2混合喷吹炼钢工艺.对喷吹过程中金属熔体内的脱碳过程,铁液、炉渣及炉气成分及温度的变化进行了测试及分析.初步分析了CO2与O2混合喷吹炼钢工艺的可行性.根据热平衡计算可以得出,在炼钢过程中喷入一定浓度CO2气体后,同样可脱除钢中的碳,达到冶炼目的.实验证实,在真空电感应炉炼钢过程中,由于电能热量的补充,使得能满足炼钢过程的热量要求,喷入CO2与O2混合气体可以脱除钢中的碳.     

轴承钢屑在中频炉中的熔炼脱碳

通过正交试验研究了轴承钢屑在中频感应电炉中的熔炼脱碳规律及脱碳措施,结果发现其熔炼过程中的脱碳反应主要集中发生在预热前处理和预热熔化期;脱碳程度随钢屑的锈蚀程度的加剧而加剧;未经预热前处理的一般轴承钢屑经重熔后,其碳质量分数可从1.0%降至0.6%,若进行熔炼前的预热前处理,则碳质量分数可降至0.3%,然而,在熔炼氧化期所使用的氧化铁皮进行的氧化脱碳效果有限。     

微波加热高碳铬铁粉固相脱碳动力学

采用微波加热对高碳铬铁粉固相脱碳进行了动力学研究.以碳酸钙粉为固体脱碳剂,按高碳铬铁粉中碳与碳酸钙粉完全分解后产生的CO2的摩尔比为1︰1和1︰1.4混合,在微波场中对内配碳酸钙高碳铬铁粉加热到不同温度并保温脱碳一定时间,测定其碳含量并计算固相脱碳反应的表观活化能.实验表明:提高内配碳酸钙的比例,物料的脱碳率会相应提高,但混合物料的微波加热升温速率会变小;对于脱碳摩尔比相同的物料,随着脱碳温度的提高和保温时间的延长,物料的脱碳率随之提高.当1200℃保温脱碳60 min时,两种脱碳摩尔比下物料脱碳效果最好,脱碳率分别为65.56%和82.96%.微波场能促进高碳铬铁粉中碳的活化扩散和CO2的吸附扩散.微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉固相脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应的表观活化能为68.43 kJ·mol 1.     

RH冶炼超低碳钢内部脱碳机理及控制工艺

为了研究RH真空处理过程脱碳反应速率及其影响因素,并有效地控制超低碳钢在RH真空处理过程中碳含量的变化,根据热力学、动力学原理建立了RH真空处理脱碳数学模型,通过RH真空处理脱碳数学模型研究了内部脱碳反应深度和脱碳速率之间的关系.模型计算结果表明,反应深度的变化和内部脱碳的反应速率是相对应的,采取预真空操作,提升了反应深度,淡化了前期脱碳转折点的影响,加速了前期的脱碳反应,并在RH处理后期找到了内部脱碳向表面脱碳转变的时间临界点.     

RH脱碳过程中极低氧钢水的碳氧反应机理

BOF+LF+RH+CC工艺路线生产IF钢,在RH脱碳前,钢水经脱氧和LF精炼后,钢中自由氧达到极低水平.根据表观脱碳速率常数的不同,这种极低氧钢水的RH脱碳可以划分为四个阶段.与传统三个阶段的RH脱碳不同的是在低速脱碳阶段和快速脱碳阶段存在一个脱碳速率介于两者之间的过渡阶段.在正规溶液模型的基础上,建立了能够准确预报钢液氧含量及顶渣FeO含量的RH脱碳模型.结果表明:在RH吹氧前,极低氧含量的钢液与顶渣之间基本不传氧;吹氧之后,钢液氧含量呈线性增加,当钢液氧势大于顶渣氧势后,钢液向顶渣传氧,渣中FeO含量上升;RH处理结束FeO含量较处理初始有所回升,但是仍处于极低水平,能够有效降低顶渣对钢液的二次氧化.     

氮的溶解度及预处理过程脱氮的实验研究

在实验室1573～1673K条件下对铁水预处理过程进行了脱氮研究.结果表明,铁液中氧、硫和碳含量都在不同程度上影响氮在铁水中的溶解度,并用线形回归方法得到了氮溶解度与碳含量的关系式.预处理过程中初始碳含量对脱氮影响较为明显,在供氧强度相同的条件下,脱氮量随着铁水中碳含量的增加而增加.同时研究发现过程脱碳的同时能有效地脱氮,且脱碳量越大脱氮率越高.终点最低氮含量可达13×10-6,脱氮率超过50%,可满足超低氮钢对铁水中氮含量的要求.     

转炉冶炼船板钢渣洗工艺的开发研究

为了通过改进转炉渣洗精炼工艺而减缓LF炉的作业压力,本文对转炉渣洗工艺进行了系统的理论阐述及工业实验.在工业实验中,采用铁水脱硫—转炉冶炼—出钢渣洗—氩站处理—连铸机浇注的生产工艺,在转炉出钢过程中投掷脱氧剂进行渣料造渣,通过吹氩搅拌为出钢过程创造良好的反应动力学条件以脱氧和脱硫,将氧的质量分数控制在2×10-5以内,过程脱硫率达到了45%～65%.而且因该工艺处理时间短,与普通LF工艺相比其回磷量更低.另外,由于熔渣的保温作用,使得中间包温降达到与LF温降相当的程度.     

苯乙烯阴离子聚合反应动力学与分子量分布

本文应用几率方法推导而得的加聚反应统计理论对没有终止反应的聚合过程,即活性高聚物体系的反应动力学与分子量分布进行处理,得到了不同引发速度的分子量分布公式。 以苯乙烯-丁基锂-苯的反应体系作为对象,研究其动力学行为,订定了在一定温度、浓度范围内的引发反应和增长反应的反应级数,测定了有关的动力学常数。 根据反应动力学特征,应用理论分析所得的分子量分布公式计算了分子量分布的理论曲线,理论曲线与实测的分子量分布曲线基本重合。     

顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程的数学模拟——模型应用及结果

应用提出的数学模型分析和处理了120t顶底复吹VOD炉内20炉409L型铁素体不锈钢的精炼。结果表明,该模型可较精确地估计整个精炼过程中钢液成分和温度随时间的变化。氧化精炼期钢中各元素间的竞争性氧化和相应的氧分配比,以及还原精炼期渣中各氧化物的竞争性还原和对应的供氧率,均可用反应的Gibbs自由能来表征和确定。对本工作409L型不锈钢的顶底复吹过程,脱碳的临界碳浓度(在该浓度后,脱碳变为由钢液内碳的传质控制)为(0.1190~0.1820)mass%,与顶吹氧过程的临界碳浓度基本相合。由模型估计考察了各有关因素对精炼效果的影响和吹炼工艺的优化。该模型可为制定和优化顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼工艺及过程的实时在线控制提供有用的信息和可靠的依据。     

超低碳钢RH冶炼脱碳过程的数学模型

在充分考虑RH平衡碳氧浓度的前提下，建立脱碳反应数学模型．以210t超低碳钢RH冶炼工艺为背景，详细给出数学模型的建立原则与过程．将模拟结果与实际测量数据进行对比发现，数学模型与实际测量数据有很好的吻合度．碳元素在钢液内存在一定的不均匀性，真空室自由液面下降管上方碳元素质量分数最小，钢渣界面处上升管右侧碳元素质量分数最大，循环20min后，二者相差0．0025％左右．