组合浇注整体包底减少钢包烘烤时间的探析

整体浇注结构钢包,其优点是：无砖缝,整体性好,不易渗钢。但是整体浇注结构钢包的修理周期长,烘烤时间长。同时为防止浇注料在烘烤时开裂甚至爆裂现象发生,因此对低温区和中温区的烘烤时间要求比砖砌钢包的烘烤时间长的多,本文通过采用钢包包底整体浇注与预制块相组合的方法,缩短了钢包的烘烤时间,达到了整体浇注钢包与砖砌钢包相同的烘烤时间,加快了钢包的周转率。     

基于不同保温措施下的铁水包热状态模拟分析

在铁钢界面现有模式下的铁水运输过程中,由于铁水包运行周期及保温效果不够理想,导致在高炉接铁时铁包耐材温度低,热状态差,使得铁水在铁水包内的热量损失较大.减小铁水温降能有效防止铁水包结壳结瘤,降低离线烘烤频率,间接提高铁水包周转率;同时在转炉冶炼过程中,低温铁水将严重影响废钢的加入量和吹氧等操作.由此可见,铁水温度控制是钢铁企业节能降耗和高效有序生产的关键因素之一.为了减小铁水温降,本文建立了多种不同保温措施情况下的铁水包传热模型,通过fluent软件对各模型在不同空包时间情况下的温度场进行数值计算,分析不同保温措施及空包时间下热状态对铁水温降的影响规律.分析结果表明:无保温措施的情况下空包时间由5h缩短至3h能降低下一周期铁水温降2.2K·h-1;空包阶段最合理的保温措施为增设6 mm左右绝热层并加包盖,能提高工作层平均温度约155 K,在空包3～5 h内能减小铁水温降3.4～3.7 K·h-1.该结论为铁水包空包阶段采取合理保温措施及不同保温情况下空包运行时间控制提供了理论指导.     

钢水在中间包内温降的数学模型

建立了钢水在中间包内温降的数学模型,这不仅可以计算钢水在整个浇注过程中温降规律,为控制浇注提供依据,而且也可以计算中间包衬的温度场,为中间包的设计提供参考。     

真空脱气过程中钢水温降的理论分析

为了研究真空脱气过程中影响钢水温降的主要因素,从而找到对应的措施控制钢水温降,对VD过程的传热模式和传热机理进行了分析,根据国内某厂的实际情况,结合数值模拟方法分别得到了烘烤过程和LF加热过程中钢包温度场的变化,以LF结束时的温度值作为初始值对VD过程的温度场进行了模拟。根据模拟结果分别计算了渣面和钢水裸露面的热辐射、钢包衬蓄热、包壁和包底的传导散热和氩气吸热等因素造成的钢水散热量,对其影响程度进行了评估。通过计算发现,渣面、钢水裸露面的热辐射和包衬蓄热是造成VD过程钢水温降的主要因素,分别根据各个因素的影响特点提出了控制钢水温降的具体措施。     

钢包互用条件及影响因素

为深入研究炼钢厂多台连铸机间钢包产生互用的条件及影响因素,以H炼钢厂的钢包为研究对象,简要解析了钢包运行过程及运行时间。分析了钢包周转次数、周转数与浇铸炉次数之间的关系;运用甘特图模拟出两台连铸机浇次重叠时间为50min条件下的钢包运行过程。研究表明:钢包产生互用的前提条件为钢包在先停浇连铸机不再承担运输任务,且先停浇连铸机的钢包空包结束时间应在后开浇连铸机钢包的重包开始时间之前。分析了浇次重叠时间对钢包互用的影响,结果表明:浇次重叠时间内连铸机浇铸的钢包数少于围绕连铸机周转的钢包数时才能产生钢包互用。研究了连铸机单炉浇铸时间与钢包周转周期对钢包互用的影响,结果表明:科学控制钢包周转周期和连铸机单炉浇铸时间,合理匹配二者关系,可使浇次最后不需要周转的钢包数增加,提高钢包的互用几率。     

蓄热式钢包烘烤装置的热工特性

为研究蓄热式钢包烘烤装置的热工特性,对高温空气燃烧技术的加热效果进行了理论分析,并针对钢厂同时使用的新、旧钢包烘烤系统进行对比实验研究.研究结果表明:高温空气燃烧可以提高火焰温度,增大火焰体积,增强系统加热能力,提高燃料利用系数;使用蓄热式烤包系统对钢包烘烤器进行改造,经改造的系统节能近40%,钢包烘烤升温速度由6 K/min升高到25 K/min左右,钢包内温度均匀性提高,各测点的温度相差不超过30 K,转炉和连铸生产条件大大改善.     

考虑液位波动的钢包底吹工艺优化实验

为了探究钢包底吹工艺对混匀时间及液位波动的综合影响,以某厂30吨钢包为原型,采用水模实验方法考察底吹气流量及底吹位置对钢包混匀时间、液位波动的影响规律。实验结果表明,随着底吹气孔到中心距离的增加,混匀时间先缩短后增加,混匀时间最短的位置是0.6r,400 L/min时的混匀时间仅为65 s。混匀时间随吹气量的增加而缩短。底吹位置距离钢包壁越近,液位波动越剧烈,对钢包壁的侵蚀越大,底吹位置为0.2r时,对电极的侵蚀较大。随着底吹流量的增加,三个测量点的波动方差均呈增大趋势,其中在近端及电极位置,波高方差从100 L/min到200 L/min的增长速率更快,远端位置增长速率比较稳定。综合考虑底吹工艺对混匀时间及液位波动的影响,得出底吹孔位置在0.6r、气量为200 L/min时为最佳工艺条件。     

基于甘特图的钢包运行控制模型研究

以S炼钢厂钢包为研究对象,解析钢包周转模式和不同钢水精炼工艺的周转周期;运用甘特图模拟出1台连铸机浇注时的钢包周转甘特图并分析其钢包运行特点,提出单浇次的钢包数量计算模型和周转率计算模型;模拟出3台连铸机同时浇注重叠时间大于钢包周转周期甘特图,研究重叠时间分别大于、介于和小于各连铸机钢包周转周期的钢包互用特点。研究结果表明:当先停浇的连铸机在浇次重叠时间内浇注的钢包数小于周转钢包数时,可有效减少钢包周转数量和提高钢包周转率,最终提出不同重叠时间条件下的钢包数量计算模型和周转率计算模型。     

基于钢包运行稳定性的炼钢厂生产计划优化

针对炼钢厂在不满负荷生产的情况下,缺少相应指导原则编排生产计划的问题,提出一种基于钢包运行稳定性的生产计划优化方法.首先,通过对炼钢厂钢包周转过程的分析,提出在线运行钢包个数的计算方法.然后,分别针对单台铸机和两台铸机顺序开浇的两种情况,分析生产计划对钢包运行状态的影响,建立计算模型.以某炼钢厂生产计划为例进行解析,并以钢包运行稳定性为评价参数,利用遗传算法对生产计划进行优化.结果表明,优化的生产计划可以减少钢包使用个数及其温度波动,减少烘烤煤气消耗量和降低转炉出钢温度,提高钢水温度的控制水平.     

绝热层对钢包热行为的影响

建立了基于有限元法的钢包二维传热模型,运用Ansys软件对钢包在不同绝热层厚度情况下的热状态及保温性能分别进行了模拟计算.有绝热层的钢包可以明显地提高自身的保温性能,且随着绝热层厚度的增加,保温效果愈加突显,但幅度越来越小.与无绝热层的钢包相比,在绝热层厚度达到20 mm时,钢包预热时间缩短约1 h,节约煤气消耗1000 m3,降低钢水温降约6℃.在热饱和阶段,钢包外壁温度平均降低了100℃,包壁散热减小,1h可以节能1255680kJ,折合标准煤43kg.最后利用现场实测数据进行了验证,结果表明模拟结果正确可信.     

新型钢包的应力场及其影响因素模拟分析

以具有纳米绝热材料内衬的新型钢包为研究对象,通过建立三维有限元模型,运用ANSYS软件分析该种新型钢包与传统钢包在盛钢工况下的应力分布,并研究纳米绝热材料的导热系数、弹性模量、热膨胀系数对新型钢包应力场的影响。结果表明,盛钢工况下新型钢包的应力分布明显优于传统钢包,新型钢包包壳的最大应力比传统钢包包壳的最大应力减小22MPa;在一定范围内,新型钢包包壳的应力随纳米绝热材料导热系数和热膨胀系数的降低以及弹性模量的增大而逐渐减小。     

新型钢包的温度场及其影响因素模拟分析

以具有纳米保温材料内衬的新型钢包为研究对象,通过建立三维有限元模型,运用ANSYS软件分析该种新型钢包与传统钢包在烤包和盛钢两种工况下的温度分布,并研究纳米绝热材料的导热系数对新型钢包温度场的影响。结果表明,在两种工况下新型钢包的温度分布均优于传统钢包,新型钢包包壳的最高温度明显低于传统钢包包壳的最高温度,新型钢包的保温隔热性能比传统钢包更加优良;在一定范围内,新型钢包包壳的温度随纳米材料导热系数的降低而不断下降,当纳米材料导热系数降低80%时,新型钢包包壳的温度分布更加均匀,包壳的最高温度降幅最大,新型钢包的热量损失更小,其保温性能得到明显提升。     

价值方程推导及其在节能评价中的应用

热价值理论主要用于评价能量的有效利用程度.在该理论的基础上,结合热力学第二定律,推导出了依附于冷体、热体的价值方程.以加热炉钢坯热装和空(煤)气预热的算例为例,计算了两种情况下依附于钢坯和炉气的热价值和价值.结果表明,价值和热价值均随钢坯热装温度、空(煤)气预热温度的提高而提高;依附于炉气的价值在炉内传热良好且烟气入炉温度达到1 700 K甚至更高时高于其热价值,说明此条件下量得到了比热量更好的利用程度.     

热价值理论及其在加热炉节能中的应用

给出了预热助燃空(煤)气和热装时的热价值计算公式,比较加热炉的热工指标,指出热价值可以合理评价热能在加热炉中的有效利用状况.建立了炉内逆流换热模型,主要利用热价值理论研究了预热空(煤)气和热装对热价值的影响.结果表明:提高预热温度,热价值升高,且随着预热温度的进一步提高,热价值的增长率变小;热装可以使热价值升高,且热装温度越高,其热价值的增长率越大;设计时,当装料温度较高时应选择小的炉长,预热温度较高时应选择大的炉长.     

基于灰箱模型的LF精炼终点温度预测

以国内某钢厂一30 t LF精炼炉为研究对象,通过建立由传热机理模型和黑箱模型相结合的灰箱模型对LF精炼终点温度进行了预测。首先根据能量守恒定律建立了传热机理模型。针对包衬耐材的蓄热以及合金的热效应难以精确计算的问题,采用偏最小二乘黑箱模型对这一部分温度进行了处理,最后将两种模型相结合综合预测了LF钢包精炼的终点温度。结果表明,偏最小二乘法在预测包衬的耐材蓄热和合金热方面的温度误差在±5℃以内的命中率达到97%以上,总的灰箱模型预测LF精炼终点温度误差在±5、±8、±10℃以内的命中率分别达到88%、96%和99%,模型具有较高的预测精度。研究可为该钢厂的LF精炼工艺提供指导。     

钢包预热过程热应力影响因子及预报模型

运用有限元软件ABAQUS建立钢包包衬的线性弹性模型,模拟钢包预热过程包衬的热应力,分析包衬厚度及其材料物理性能对包衬内最大热应力和钢壳表面温度的影响;采用偏最小二乘法建立包衬厚度及材料物理性能与包衬内最大热应力、钢壳表面温度间的预报模型。结果表明,工作衬材料物理性能对包衬最大应力和钢壳表面温度起主要影响作用;较之于无绝热衬,有绝热衬钢包永久衬材料物理性能对钢包热应力和钢壳表面温度的影响作用显著降低。     

基于浇次计划的钢包周转数量计算模型

为实现炼钢生产的组织优化,提出合理的钢包周转数量计算模型,以Q炼钢厂钢包为研究对象,解析钢包周转过程和时间,采用甘特图方法模拟出单浇次和多浇次生产的钢包周转甘特图,针对浇次计划与钢包周转数量的关系进行研究,提出浇次重合时间不同下的钢包周转数量计算模型,并利用仿真方法验证了模型的准确性。研究表明：调整浇次开浇时间可优化钢包周转数量1~2个,对炼钢厂生产组织优化有重要指导意义。     

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。