非平衡态热力学分析

为了研究非平衡态热力学理论在具体的冶金过程中的应用,本文用该理论模拟计算了转炉的炼钢过程,并建立了该过程的数学模型。得到了转炉冶炼过程的脱碳速度表达式、钢液中硅锰含量变化表达式、氧含量变化表达式以及温度变化表达式。用C语言对整个冶炼过程进行模拟,结果表明非平衡态热力学模型能够描述整个冶炼过程主要元素的成分变化和熔池温度变化,对转炉炼钢生产实际的过程控制提供了新的理论和方法。     

复吹转炉炼钢过程机理模型

在分析复吹转炉冶炼过程机理的基础上，应用冶金热力学、动力学、传输原理和反应工程学理论，建立了描述冶炼过程的动力学模型，确定了模型的有关参数。模型的关键在于正确找出转炉冶炼过程中各氧化反应的限制环节，建立氧化反应速度与限制环节速度的联系，从而得到转炉中各氧化反应的速度方程。     

硬线钢中氮含量的控制

根据氮在钢中溶解的热力学和动力学原理,结合唐钢长材部的冶炼工艺,研究了在"转炉→LF精炼→连铸"工艺条件下,硬线钢的氮含量控制。通过热力学计算,在常压下钢液吸氮是自发的过程。介绍了转炉冶炼工艺、LF精炼对钢中氮含量的影响以及应对方法。     

超低碳钢BOF渣成分对终点[C]含量影响

采用共存理论、动力学分析和实验验证的方法,研究转炉冶炼超低碳钢吹炼末期炉渣成分对终点[C]含量的影响规律,建立1853-1973 K时终点[C]与炉渣成分和温度的回归模型.结果表明:FeO活度受温度影响较小,主要受炉渣成分的影响;脱碳动力学条件主要受炉渣成分和温度的影响.炉渣碱度增加,终点[C]含量升高;渣中FeO含量增加,终点[C]含量迅速降低,渣中FeO质量分数应控制在12.0%-18.0%之间;渣中MgO质量分数在7.0%-13.0%范围内逐渐增加,钢液中[C]质量分数增加值不足0.01%;随着温度的增加,钢液中[C]含量降低.回归模型对冶炼超低碳钢的转炉终点[C]含量的预判平均误差率为±15.25%,[C]含量误差在±0.01%以内的炉次占69.19%.      

复吹转炉炼钢过程数学模拟:动力学模型

在对复吹转炉冶炼过程的机理分析的基础上,应用冶金热力学、动力学、传输原理和反应工程学理论,建立了描述冶炼过程的动力学模型,确定了模型的有关参数.作为模型的关键,根据钢中各元素竞争氧化反应的Gibbs自由能估算了吹入熔池中的氧参与各元素氧化反应的分配比率.     

利用数学模型分析复吹转炉吹炼工艺

在冶金热力学和动力学及反应工程学原理的基础上,建立了模拟复吹转炉冶炼过程的数学模型.在用梅钢150 t复吹转炉工业试验的结果对模型加以验证之后,利用模型对具有中高磷铁水特点的梅钢转炉吹炼工艺进行了分析讨论.     

AOD用转炉脱磷铁水冶炼430不锈钢脱碳保铬工艺优化

采用热力学、物料和热量平衡的计算方法,研究了180 t AOD用转炉脱磷铁水冶炼430不锈钢脱碳前期脱碳保铬的工艺。研究结果表明:合理控制最佳脱碳保铬温度是提高AOD冶炼430不锈钢各项经济技术指标的关键技术。采用优化转炉生产节奏和出钢的保温,保证AOD入炉铁水温度由1 520℃提高至1 580℃;优化AOD脱碳前期合金和辅料加入量,进一步提高了脱碳前期的钢液温度,减少铬的氧化量。通过实施工艺优化措施,AOD用转炉脱磷铁水冶炼430不锈钢经济技术指标得到明显改善,其中铬收得率由92.30%提高到94.64%,冶炼时间缩短9.2 min,还原硅耗降低4.9 kg/t。     

含镍生铁在转炉冶炼含镍钢中的应用

结合国内某钢厂的生产实践,对含镍生铁在转炉冶炼含镍钢种的应用进行了热力学分析和动力学研究。热力学计算表明,不论是在标准状态下还是在转炉冶炼实际条件下,通过含镍铁块合金化进入铁液或钢液中的镍元素都不可能被氧化形成氧化镍。转炉冶炼X80-1钢表明,通过测定含镍铁块的熔化速率试验,25 mm厚的含镍铁块熔化速度比废钢熔化速度快30 s;转炉半钢成分检验结果表明含镍铁块加入转炉吹炼5 min后可以完全熔化。同时对转炉终渣成分进行扫描电镜以及XRF检测,未发现氧化镍,含镍铁块合金化镍的收得率接近100%。     

QD08生产RH真空精炼脱碳影响因素分析

结合芜湖新兴铸管炼钢部RH自然脱碳冶炼低碳钢QD08的生产实际,从热力学和动力学的角度出发,考虑初始碳氧含量以及真空度变化等因素,研究RH的碳氧反应,系统分析和研究低碳钢QD08钢生产的工艺制度。RH真空处理过程中,随真空处理时间延长,真空度降低,真空室内PCO降低,碳氧浓度积呈降低的趋势,真空室内因发生碳氧反应进行脱碳,RH自然脱碳满足热力学条件;RH自然脱碳反应速度取决于:[C]、[O]元素在钢液内部的传质系数、真空处理时间、抽真空的速度和脱碳速率,并具有一定的规律。对RH自然脱碳及其反应机理进行探讨,并且为利用RH装置生产低碳钢提供了重要技术支持。     

喷射铌精矿在转炉钢包中直接合金化

在铌氧化物直接合金化的热力学和动力学研究的基础上,采用喷射法在100kg感应炉和10t转炉钢包中进行了铌精矿代替铌铁冶炼含铌低合金钢的试验。试验结果表明:在喷射条件下,粉剂中的Nb_2O_5可在上浮至钢液之前被迅速还原进入钢液;在喷粉过程中,(Nb_2O_5)/[Nb]接近平衡状态;在不同喷粉速度下,[Nb]的收得率主要取决于[Si],a[O]和∑FeO。控制[Si]>0.4％,∑FeO<2％,[Nb]收得率可大于80％。     

RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果分析

西昌钢钒厂由于转炉热量不足而以转炉—LF精炼—RH精炼—连铸工艺生产IF钢,为探究RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果,采用生产数据统计、氧氮分析、夹杂物自动扫描、扫描电镜和能谱分析等手段,对不同脱碳工艺对顶渣氧化性以及钢的洁净度影响进行了详细研究。结果表明:（1）与自然脱碳工艺炉次相比,采用强制脱碳工艺的炉次在转炉结束与RH进站钢中的平均[O]含量更低;（2）两种工艺脱碳结束钢中的[O]含量基本在同一水平;（3）强制脱碳工艺的炉次在RH结束时渣中平均T.Fe的质量分数降低了1.3%。在能满足RH脱碳效果的前提下,尽量提高转炉终点钢液碳含量、降低钢液氧含量,后续在RH精炼时采用强制吹氧脱碳工艺,适当增大吹氧量来弥补钢中氧,可显著降低IF钢顶渣氧化性。自然脱碳工艺与强制脱碳工艺控制热轧板T.O含量均比较理想;与自然脱碳工艺相比,强制脱碳工艺可有效降低IF钢[N]含量,这与强制脱碳工艺真空室内碳氧反应更剧烈所导致的CO气泡更多和气液反应面积更大有关。脱碳工艺对IF钢热轧板中夹杂物类型、尺寸及数量没有明显影响,夹杂物主要由Al₂O₃夹杂、Al₂O₃–TiO_x夹杂与其他类夹杂物组成,以夹杂物的等效圆直径表示夹杂物尺寸,以上三类夹杂物平均尺寸分别为4.5、4.4和6.5 μm,且钢中尺寸在8 μm以下的夹杂物数量占比高于75%。在RH精炼过程中,尽量降低RH脱碳结束钢中[O]含量,有利于提高钢液洁净度。      

高效RH脱碳工艺参数的优化

基于RH脱碳数学模型,研究了210tRH精炼装置的脱碳行为,分析了真空度、提升气体流量及浸渍管内径等因素对脱碳过程的影响;在自然脱碳条件下,根据实际取样分析结果,计算出脱碳速率常数K_C,发现整个脱碳过程分为两个阶段,即快速脱碳阶段和脱碳停滞阶段。提高真空度可提高脱碳速率和降低终点[C];提高气体流量不能显著提高脱碳速率,应选择合适的浸渍管内径;快速脱碳阶段的脱碳速率常数可达0.287min^-1。     

Kinetic Model of Decarburization and Denitrogenation in Vacuum Oxygen Decarburization Process for Ferritic Stainless Steel

The characteristics and classification of decarburization and denitrogenation in the vacuum vessel for stainless steel production are analyzed. Based on the analysis of movements of the liquid steel and bubbles, the kinetics of decarburization and denitrogenation in the vacuum oxygen decarburization (VOD) process has been studied. A kinetic model of decarburization and denitrogenation has been developed to simulate the VOD process, considering each reaction zone as oxygen blowing crater, bottom blowing plume, steel/slag interface, and plume eye. As a result, it is possible to quantify the contribution of each reaction zone in decarburization and denitrogenation rate at a different stage in the VOD process. Specific trials at a vacuum induction furnace were performed to refine stainless steel in vacuum carbon deoxidation (VCD) and VOD style, respectively. The trial results are in good agreement with the model calculation. Combining the trials and the model calculation and the influence of temperature control, critical carbon content selection on the terminal total [C] + [N] content can be discussed further to provide a reasonable proposal for high-quality ferritic stainless steel production. This article is based on a presentation given at the International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting (LMPC 2007), which occurred in September 2007 in Nancy, France.     

130t RH脱碳模型建立及超低碳钢处理工艺优化

建立了RH真空处理脱碳数学模型，并通过130t RH工业试验结果对此数学模型加以验证。根据模型分析了[C]0、[O]0、真空度、提升气体流量等对脱碳效果的影响，据此优化了处理工艺，取得较好的效果。     

Numerical Simulation of Recirculating Flow and Decarburization in RH Vacuum Refining Degasser

RHvacuumdegasseractingasoneofthemost importantsecondaryrefiningprocesseshasreceived considerableattentionintheproductionofhigh qualitysteel.ThemainfunctionsofRHvacuumde gassingprocessaredegassinganddecarburization duringrecirculationofmoltensteelbetweena…     

Mathematical model for nitrogen control in oxygen steelmaking

A mathematical model was developed to quantify the effects of different operational parameters on the nitrogen content of steel produced during oxygen steelmaking. The model predicts nitrogen removal by the CO produced during decarburization and how the final nitrogen content is affected by different process variables. These variables include the type of coolants used (scrap, direct reduced iron (DRI), etc.), the sulfur content of the metal, combined gas blowing practices, and the nitrogen content in the hot metal, scrap and oxygen blown. The model is a mixed control model that incorporates mass transfer and chemical kinetics. It requires a single parameter that reflects the surface area and mass-transfer coefficient that is determined from the rate of decarburization. The model also computes the rate of decarburization and the change in surface active elements, such as sulfur and oxygen, that affect the rate of the nitrogen reaction. Nitrogenization of steel in the converter is also predicted with the model. The computed results are in good agreement with plant data and observations.     

转炉吹炼后期碳含量预报的改进指数模型

介绍了几种主要的转炉烟气分析碳含量预报模型,并分析了其中的指数衰减模型及其三种改进算法的基本原理和优缺点。在综合三种模型优点的基础上,提出了基于“极限碳含量拟合+曲线同步更新”算法的改进指数模型。首先,利用历史炉次吹炼后期的脱碳氧效率和碳含量数据,通过指数拟合得到“历史脱碳曲线”和极限碳含量参数;其次,使用当前炉次吹炼中期的最大脱碳氧效率值对“历史脱碳曲线”的特征参数进行替换,得到当前炉次吹炼后期的“参考脱碳曲线”,再对其进行归一化处理,得到归一化的“参考脱碳曲线”;然后,采用多点校正的方法,计算当前炉次吹炼至各等距离校正点时“参考脱碳曲线”的脱碳量,并根据计算脱碳量与转炉实际脱碳量的偏差,对熔池碳含量及脱碳曲线参数进行计算与校正,得到“计算脱碳曲线”;最后,通过逐次迭代计算对“参考脱碳曲线”和“计算脱碳曲线”进行同步更新,进而实现对转炉吹炼后期熔池碳含量的精准预报。研究表明,改进的指数模型具有较高的准确率,终点碳含量预报误差在±0.02%范围内的命中率达到90%。      

120 t RH-LF生产低碳钢QD08的工艺实践

介绍了芜湖新兴铸管有限责任公司炼钢厂采用RH-LF精炼法生产低碳钢QD08的工艺实践。通过对转炉出站钢水初始条件,RH真空脱碳原理和过程控制,后续LF冶炼3个方面的分析研究,结果表明,初始钢水控制条件为[C] 0.04%～0.10%,[0]>300×10^-6,转炉终点出钢温度T≥1 650℃。随真空处理时间延长,真空度降低,真空室内PCO减少,碳氧浓度积呈降低的趋势,真空室内因发生碳氧反应进行脱碳,RH真空脱碳满足热力学条件;脱碳速率的变化规律为先增大后减小,脱碳速率有一定的规律;RH真空处理后的钢水需在LF完成脱硫、升温、合金化等操作,并且需保证终渣量20～23 kg/t,终渣（FeO）+（MnO）<1.2%,碱度R≥3.5等工艺条件。     

RH精炼循环流量优化的水模型研究

以70 t钢包RH精炼装置为原型建立了1:3.27水模型,用流速法测量RH循环流量。分析了实际工艺条件下钢水的RH循环流量以及上升管吹气量、吹气孔内径、吹气孔高度、浸渍管插入深度等参数对RH循环流量的影响,并得出优化工艺参数。70 t钢包RH精炼实验结果表明,当上升管吹气量1 200 L/min,吹气孔内径3 mm时,轴承钢平均[O]比原工艺降低3×10^-6;超低碳钢碳含量可降低到0.002%以下,脱碳时间比优化前明显减少。     

RH-KTB脱碳过程中的数学模拟

在质量平衡模型的基础上,考虑到钢包顶渣与钢液之间的传氧行为,建立了能够同时准确预报碳、氧含量的脱碳模型.考察了提升气体流量、真空度压降模式、KTB吹氧时机以及初始碳、氧含量对RH脱碳的影响.根据模型计算结果,提出了合理的初始氧碳比,并以此作为KTB吹氧的判断依据.