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。     

VOD精炼不锈钢过程中真空喷溅的预防与控制

对VOD真空精炼不锈钢过程中普遍存在的一种棘手的工艺控制问题——"真空喷溅"进行了研究与讨论.首先,阐述了真空喷溅的形成原因、表现形式以及带来的危害;其次,介绍了大生产中有效预防和控制真空喷溅的具体措施.结果表明,真空喷溅的事前预防可以通过稳定VOD起始钢水条件及加强VOD钢包状态管理来实现,真空喷溅有效控制的关键是合理控制VOD真空精炼过程及相关参数,此外,真空盖系统的革新设计也可以在一定程度上削弱真空喷溅的危害.     

电弧炉炼钢工艺浅谈

从原材料的收集、准备工作、熔化期、氧化期和还原期五大阶段,详细叙述了电弧炉炼钢的工艺过程。实践表明,按其工艺操作对提高钢水质量和缩短炼钢时间有明显的效果。     

氧气转炉的氧枪喷头优化及操作改进

为使转炉冶炼与连铸生产更好地匹配,通过对80t转炉氧枪喷头和顶底吹的操作改进,使供氧时间平均缩短了1.5min,并减少了冶炼终点钢水溶解氧和渣中铁损。同时评估氧气射流冲击熔池的深度、吹炼过程渣成分的演变以及钢水的氧化性,提出了终点钢水溶解氧含量与指数VO2/w[C]以及转炉炉龄之间的关系。     

反硝化除磷过程中影响因素的探讨

介绍了反硝化除磷的机理和影响因素;讨论和分析了污泥龄、NO3-、NO2-、溶解氧和氧化还原电位、碳源、温度、MLSS、pH等对反硝化除磷效果的影响,指出反硝化除磷工艺是适合可持续发展的绿色工艺。     

基于机理模型的影响钢水温度因素研究

RH精炼过程是一套复杂的系统工程,其中影响冶炼过程中钢水温度变化的因素众多,确定影响钢水温度变化的主要因素是建立钢水温度预报模型的基础。以210 t的RH精炼炉为研究对象,结合RH精炼工艺特点并利用传感系统获得的数据,根据热平衡和冶金热力学原理建立机理模型,计算各因素在整个精炼过程中造成钢水温度的变化量,最后分析和比较这些变化量总结出影响钢水温度变化的主要因素为:钢水重量,钢水初温,精炼时间,钢水含氧量,金属铝加入量。相比以往人工采集数据和通过经验分析影响钢水温度因素,该方法有着更充分的科学依据和更准确的结果。     

全氧条件下高炉高温热化学反应与能质传递协同原理

高炉作为目前主要的炼铁工艺,经过上百年的发展,其碳耗已接近该工艺的理论最低值,很难再有大的突破。氧气高炉作为一种新型炼铁工艺,其可行性以及在节碳减排方面的突出优势已经在理论上和试验性高炉上得到了证实。该工艺由于采用全氧鼓风代替传统的热风操作,同时将炉顶煤气脱除CO2后循环回高炉,使得炉内煤气中的CO和H2含量大幅增加,从而导致炉内炉料的冶金性能也发生了变化。为了推进氧气高炉工艺的工业化应用,对氧气高炉炼铁工艺进行了系统的研究。该研究建立了一种氧气高炉综合数学模型,对不同氧气高炉工艺流程进行模拟计算,并采用多种评价指标对氧气高炉炼铁工艺进行综合评价,确定适宜的氧气高炉工艺流程,为研究开发氧气高炉炼铁工艺提供理论基础。以氧气高炉数学模型为基础,在不同气氛下分别进行烧结矿、球团矿和块矿的低温还原粉化实验,分析氧气高炉气氛下含铁炉料的低温还原粉化特性。利用高温还原熔滴实验装置,进行不同操作条件下(传统高炉和氧气高炉)含铁炉料的高温软熔特性实验研究,讨论氧气高炉气氛与传统高炉气氛下炉料软熔特性的差异,初步探索氧气高炉软熔带的形成及分布规律。采用程序还原及软熔实验装置,通过设定升温制度及分段改变煤气成分来模拟烧结矿、球团矿及其混合矿在氧气高炉与传统高炉中的还原及软熔行为,对炉料在氧气高炉工艺条件下的还原及软熔性质演变规律作出分析判断。以氧气高炉数学模型为基础,采用自制的单颗粒还原实验装置对球团矿在H2、CO以及两者的混合气氛中的还原行为及其交互作用进行了研究;采用颗粒模型与三界面未反应核模型相结合的方法对球团矿在CO/CO2/H2/H2O/N2混合气氛下的还原行为进行数值模拟研究;用单颗粒焦炭溶损实验装置,分别对H2O、CO2以及两者的混合气氛中的焦炭的溶损行为及其交互作用进行了研究。通过利用仿真模拟系统建立了氧气高炉的数学模型对氧气高炉的内部运行状况进行了深入研究,分别采用粘性流方法和离散元方法对炉料下降运动进行数值模拟研究;建立了高炉风口回旋区的二维数学模型,对氧气高炉中气体的流动、煤粉颗粒的运动、气体的传热(气体间的传热和气体与颗粒间的传热等)、颗粒的传热(颗粒之间的传热及与气体间的传热等)、燃烧(煤粉和焦炭的燃烧)等过程进行了深入研究;通过建立一维和二维的气固换热与反应动力模型,对氧气高炉内部的温度分布、压力分布以及不同相之间的换热情况进行了深入了解。     

LF精炼终点钢水温度灰箱预报模型

LF精炼工序在炼钢过程起着调节温度的关键作用,准确预报LF精炼终点钢水温度对实际生产有重要意义.传统的LF精炼预报模型包括机理模型与黑箱模型.机理预报模型能够体现各工艺因素对终点钢水温度的影响,但由于LF精炼传热机理研究尚不完善,依靠机理模型预报终点钢水温度,难以达到预期效果;黑箱预报模型能够准确预报终点钢水温度,但不能反映精炼过程各工艺因素对钢水温度的影响,尤其当生产工艺条件发生改变时,黑箱模型在应用上会受到限制.本文以方大特钢LF精炼炉为研究对象,建立一种机理预报模型与黑箱预报模型(BP神经网络预报模型)相结合的LF精炼终点钢水温度灰箱预报模型.该模型既能反映各工艺因素对终点钢水温度的影响,又能准确预测终点钢水温度,其终点钢水温度预测误差在±5℃以内的命中率可以达到95%以上.     

罗布麻纤维氧化还原体系脱胶预处理工艺

预处理是脱胶工艺的重要环节,为了进一步提高罗布麻的脱胶效果与制备纤维的可纺性能,对其脱胶预处理工艺进行研究.试验在罗布麻纤维的脱胶预处理过程中,逐次加入还原剂硫脲,氧化剂双氧水两种组分,讨论了2组分浓度配比、预处理温度、时间对胶质去除的影响,分析预处理前后纤维纵向形貌的变化,同时还测试了氧化还原预处理脱胶工艺对制备罗布麻纤维性能指标的影响.结果表明采用该氧化还原预处理脱胶工艺可提高罗布麻纤维的脱胶制取率、纤维长度、单纤维强力等性能指标,是一种有效的脱胶预处理方法.     

采用湿式氧化法脱除铝酸钠溶液中硫的研究

鉴于铝酸钠溶液中S2-使得铁的含量增加而影响氧化铝的品位,研究采用往高压釜内通入氧气的湿式氧化法脱除拜耳液中的S2-的工艺。首先探索各种因素对S2-去除率的影响,然后对湿式氧化法转化硫化物的规律和机理进行探讨。研究结果表明:湿式氧气氧化法S2-的去除率受釜内起始平衡氧气压力、反应温度、反应时间的影响;较适宜的操作条件是:反应温度为200℃,氧气压力为3.0 MPa,S2-的浓度为31.2 mmol/L,此时S2-的去除率为99%;在高温高压下,铝酸钠溶液中的S2-大部分被氧化为SO42-,进行的是深度氧化,只有少部分S2-被氧化为硫代硫酸根、亚硫酸根及硫的其他形态;影响S2-氧化为SO42-的因素主要是反应温度和氧气压力,当温度高达260℃、氧气起始平衡压力达到1.0 MPa时,就有98%以上的S2-被氧化为SO42-。     

Variation and optimization of acid-dissolved aluminum content in stainless steel

As a key step in secondary refining, the deoxidation process in clean stainless steel production is widely researched by many scholars. In this study, vacuum oxygen decarburization (VOD) deoxidation refining in a 40-t electric arc furnace + VOD + ingot casting process was analyzed and optimized on the basis of Al deoxidation of stainless steel and thermodynamic equilibrium reactions between the slag and steel. Under good stirring conditions in VOD, the deoxidation reaction reaches equilibrium rapidly, and the oxygen activity in the bulk steel is controlled by the slag composition and Al content. A basicity of 3–5 and an Al content greater than 0.015wt% in the melt resulted in an oxygen content less than 0.0006wt%. In addition, the dissolved oxygen content decreased slightly when the Al content in the steel was greater than 0.02wt%. Because of the equilibrium of the Si–O reaction between the slag and steel, the activity of SiO₂ will increase while the Si content increases; thus, the Si content should be lowered to enable the formation of a high-basicity slag. A high-basicity, low-Al₂O₃ slag and an increased Si content will reduce the Al consumption caused by SiO₂ reduction.     

TP347H精炼渣二次氧化控制及夹杂物变性处理

研究了采用EF+VOD+IC工艺流程生产TP347H不锈钢时由于精炼渣成分产生的二次氧化及其氧化夹杂物的变性处理过程.试验中VOD精炼过程中采用Al进行终脱氧，降低精炼渣中FeO、SiO2含量，精炼渣四元碱度控制在1.3以上，保证钢中全氧质量分数小于0.003%.脱氧后使用喂Ca-Si线及钢包软吹的精炼手段，可将硬质Al2 O3及MgAl2 O4转变为CaO-Al2 O3夹杂，减少硬质MgAl2 O4夹杂总量并使夹杂物熔点低于1500益.此类夹杂在炼钢温度下呈液态且更易于聚集与上浮，而在后续轧制、锻造过程中低熔点夹杂随基体发生形变，减少钢材裂纹的产生.     

Coordinated control of carbon and oxygen for ultra-low-carbon interstitial-free steel in a smelting process

Low residual-free-oxygen before final de-oxidation was beneficial to improving the cleanness of ultra-low-carbon steel. For ul-tra-low-carbon steel production, the coordinated control of carbon and oxygen is a precondition for achieving low residual oxygen during the Ruhrstahl Heraeus (RH) decarburization process. In this work, we studied the coordinated control of carbon and oxygen for ultra-low-carbon steel during the basic oxygen furnace (BOF) endpoint and RH process using data statistics, multiple linear regressions, and thermodynamics computations. The results showed that the aluminum yield decreased linearly with increasing residual oxygen in liquid steel. When the mass ratio of free oxygen and carbon ([O]/[C]) in liquid steel before RH decarburization was maintained between 1.5 and 2.0 and the carbon range was from 0.030wt%to 0.040wt%, the residual oxygen after RH natural decarburization was low and easily controlled. To satisfy the re-quirement for RH decarburization, the carbon and free oxygen at the BOF endpoint should be controlled to be between 297 × 10?6 and 400 × 10?6 and between 574 × 10?6 and 775 × 10?6, respectively, with a temperature of 1695 to 1715°C and a furnace campaign of 1000 to 5000 heats.     

超低氧钢熔炼过程中炉衬与钢液的相互作用

研究高温下耐火材料的相对稳定性及在真空熔炼超低氧钢过程中炉衬材料向钢液供氧的热力学条件和动力学规律。结果表明，在真空感应熔炼过程中，通过透气砖向熔池吹氩，可以实现在较低的真空度下熔炼超低氧钢，以及有效去除钢中的氧化物夹杂物颗粒。     

含铈耐热钢凝固过程中的夹杂物行为

建立了稀土耐热钢凝固过程中夹杂物析出与溶质元素微观偏析的耦合热力学模型,并通过工业试验与高温模拟实验验证了模型的准确性。利用该模型,依次考察了铈添加量,初始氧含量,初始硫含量对253MA耐热钢凝固过程中夹杂物析出行为的影响作用规律。在本模型条件下,随着铈添加量的增加,钢中的SiO2与MnS消失,且凝固过程中开始析出CeN;随着初始氧含量的增加,钢中开始析出Ce2O3,SiO2及MnS,其中SiO2与MnS在凝固过程中析出;随着初始硫含量的增加,钢中的Ce2O3消失,钢中开始析出Ce3S4与MnS,在凝固过程中析出的Ce3S4逐渐在液相线温度以上析出。研究工作对于稀土耐热钢连铸水口结瘤问题的解决具有理论指导意义。     

基于多变量推理控制的氩氧精炼铬铁合金终点控制方法

为提升冶炼精度和效率,减少资源浪费.建立了氧气和氩气两种气体的供给速率与碳含量变化情况,以及二者供给速率与钢液温度变化的机理模型.构建了以终点碳含量与温度为输出,氧气和氩气供给速率为输入的多变量推理控制框架,设计了有效的V型多变量推理控制器.结合实际生产过程中的最大气体供给速率,用以限制系统的控制量输入,建立了基于多变量推理控制的氩氧精炼低碳铬铁合金终点控制系统.仿真结果表明:该系统能够消除外界不可测扰动对系统的影响,做出准确的冶炼精度控制,且将钢液温度控制在炉内最大承受温度以下,有利于延长炉役,避免出现喷溅现象产生,实现终点控制.     

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%.     

混凝土中钢筋腐蚀速率的基本理论模型

根据金属腐蚀极化理论推导了电化学极化控制和氧浓差极化控制2种条件下混凝土中钢筋腐蚀速率的基本理论模型。模型显示,电化学极化控制下,稳定腐蚀状态下能斯特扩散层以外孔隙液中Fe2+和OH- 的浓度对腐蚀速率的影响呈正指数关系,且影响随浓度降低而渐趋剧烈;温度对腐蚀速率有较大影响,约呈指数关系,在自然温度范围内,温度每升高10度,腐蚀速率约升高1倍;应力对腐蚀速率的影响接近正线性关系,对应力较低的普通钢筋影响较小,但对应力较高的预应力钢筋影响可观;氧浓差极化控制下,腐蚀速率与氧气在整个混凝土保护层内的等效扩散系数成正比,与混凝土保护层厚度及钢筋表面温度成反比。最终腐蚀速率取2个模型计算结果中的较小者。     

氧对低合金铁素体低温钢低温韧性的有害作用

对低温工程中应用的 06MnVTi 低温钢板材及其在焊接以后容易出现的低温冲击值明显下降的问题,作了组织分析及热处理试验,发现其根本原因是氧在铁素体相中的过饱和析出及应力应变析出。析出相为弥散的 Fe_3O_4,并因此而引起钢的析出脆性;而造成氧的析出倾向则是由于钢本身的实际合碳量非常低,存在容易富氧的弱点,同时在转炉吹炼过程中又未针对这一特性,加快吹炼速度,而助长了钢中氧的析出脆化敏感性。     

电磁搅拌对钢坯凝固过程中热工参数的影响

采用自行设计的单侧冷却凝固实验装置进行了有无电磁搅拌作用下钢坯的凝固实验,并通过计算机数据采集系统对钢坯凝固过程中的各种热工参数进行了实时测试和分析·研究结果表明:施加电磁搅拌以后,钢坯凝固初期的铸型热流量明显增加,促进了铸型内钢液过热的耗散,使得钢坯内的温度分布趋于均匀,降低了凝固前沿的温度梯度·这不仅抑制了柱状晶的发展,同时易于在钢液内部同时形核,有利于等轴晶凝固组织的形成,使得钢坯的等轴晶比率由无电磁搅拌作用下的47%提高到76%·这也说明了电磁搅拌促进钢液中的过热耗散是提高铸坯凝固组织中等轴晶比率的重要原因之一·