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借助计算机仿真技术研究真空自耗冶炼过程已成为一种新的发展趋势,此方法不仅有助于探明各工艺参数对真空自耗冶炼过程的影响与作用机理,还可对其冶炼过程的稳定性与铸锭的冶金质量进行有效预测。对此,简要介绍了国内外近30年来真空自耗冶炼过程数值模拟的发展历程与取得的科研成果。同时,以真空自耗冶炼过程模拟、宏观尺度模拟、微观尺度模拟为切入点,详细综述了国内外关于真空自耗冶炼模型、金属熔池模型及微观组织模型的研究进展与应用现状。最后,对国内进一步推动真空自耗冶炼过程数值模拟的开发与应用提出了新的发展方向。
为了解决超大型干熄焦装置均匀性的问题,采用离散元法对首钢260 t/h超大型干熄焦装焦过程进行了模拟,得到了以下结论。随着料钟角度增大,焦炭趋于布置于干熄焦中心区域。当料钟角度为50°时,焦炭在周向和径向上的质量偏析和粒度偏析最小,布料更均匀。料线深度增加,焦炭趋于区域分布在炉壁附近。当料线深度超过11 m后,焦炭堆的双峰形状基本消失,不利于控制炉内焦炭的均匀下降。因此,最佳料线应小于11 m。
烧结矿生产原料中适量的二氧化硅有助于烧结黏结相的生成,但过高的二氧化硅含量会增加液相黏度,且对烧结黏结相的矿物组成产生不利影响。巴西某高硅铁矿粉对烧结黏结相的影响尚不明确,故采用微型烧结法,考察配加不同比例该高硅铁矿粉条件下混匀矿的液相流动性,再基于“K值法”的原理,对其矿物进行半定量分析,得出铁橄榄石、钙铁橄榄石和硅酸钙等矿物的含量。结果表明,随着该高硅铁矿粉在混匀矿中配比的增加,黏结相的液相流动性降低,铁橄榄石和硅酸钙等矿物含量也明显增加。基于此,采用提高混匀矿反应性的方法,改善了烧结黏结相的液相流动性,降低了铁橄榄石和硅酸钙的含量。
神东烟煤具有水分含量高的特征,这对其生产、运输、储存或用于高炉喷吹都会有影响。针对神东烟煤的这个特性,选用5种不同矿区的具有代表性的高水分神东烟煤,探究不同干燥时间条件下水分对其可磨性的影响,并使用高炉喷煤燃烧模拟试验装置研究其燃烧率随水分含量的变化趋势,将不同条件下的失水质量分数与分析水质量分数的比值定义为失水率,探究可磨性和燃烧率与失水率的变化关系。结果表明,失水率增大时,煤的可磨性和燃烧率均呈上升的趋势,随着干燥时间的延长,可磨性增大的趋势变缓,随着失水的增多,燃烧率和失水率近似呈线性增长的关系。
在生产渣样的基础上以焦炭为还原剂制备不同Ti(C,N)质量分数的高钛型高炉渣,在不同温度下进行了Ti(C,N)对硫在渣铁间分配系数LS影响的试验。在本试验条件下,温度对高钛型高炉渣脱硫能力的影响远比Ti(C,N)显著。Ti(C,N)与炉渣的润湿性极好,能将炉渣离子吸附在其周围,降低其自由迁移的能力,在一定程度上降低炉渣的脱硫能力。但是Ti(C,N)以聚集状态不均匀分布于渣中,其能影响的范围有限,渣中绝大部分区域的自由氧离子并未受到显著影响。因此,Ti(C,N)对炉渣脱硫反应的热力学和动力学条件影响很小,在温度相同的条件下,Ti(C,N)质量分数升高虽然使炉渣的表观黏度显著升高,但是硫在渣铁间的分配系数LS降低不明显。在Ti(C,N)质量分数相同的条件下,随着温度升高,脱硫反应的热力学和动力学条件均明显改善,硫在渣铁间的分配系数LS显著升高。
为预测含铬转炉渣的黏度和表面张力,基于炉渣离子与分子共存理论,并结合前人实测的系列含铬转炉渣黏度和表面张力数据,建立含铬转炉渣黏度和表面张力关于温度和结构单元之间的计算模型。模型的计算值与文献的实测值吻合较好,通过模型,有助于预测含铬转炉渣的黏度和表面张力。结果表明,随着Cr2O3含量的增加,炉渣黏度升高,表面张力增大,Cr2O3对表面张力的影响最大;随着FeO含量的增加,炉渣黏度降低,表面张力减小;随着碱度的增加,炉渣黏度升高,碱度对黏度的影响最大,而对表面张力的影响是先增加后减小,在碱度为1.8时存在极大值。
对于高品质耐候桥梁钢,不仅需要优良的低温冲击性能,而且对其耐腐蚀性能也提出了更高要求。研究了钙处理工艺对耐候桥梁钢低温冲击性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,与传统的钙处理工艺相比,采用改进后钙处理工艺提高了钢水中钙的收得率,使钙处理过程更充分,得到了低温冲击性能更好的试验钢板,与原钙处理工艺相比,试验钢的冲击功在－20 ℃时提高了5.3%、－40 ℃时提高了7.5%。同时,与普通Q420qE钢对比,钙处理工艺Ⅱ将相对腐蚀率从43.50%提高到32.40%,加速腐蚀试样锈层纹理清晰,致密性相对较高,XRD分析显示,锈层中α-FeOOH结晶相质量分数达到91.8%,耐腐蚀性能良好。
采用Fluent软件对断面为160 mm×160 mm小方坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以结晶器表面流速以及结晶器内钢液的流场状态为主要参考目标,模拟研究了160 mm×160 mm小方坯结晶器在不同拉速条件下相适应的水口浸入深度,并对数值模拟结果相应地进行了水模拟验证。结果表明,当小方坯结晶器的拉速为1.7 ～1.9 m/min、浸入深度为80～100 mm时,结晶器内流场较为适宜,不会因液面波动剧烈而造成卷渣等问题。研究结果为小方坯连铸结晶器制定合理的浇注工艺提供了理论指导。
通过对取向硅钢铸坯的低倍检验,研究了中间包钢水过热度、电磁搅拌电流、二冷水强度、拉速及断面尺寸对铸坯中心等轴晶率的影响。结果表明,试验条件下,中间包钢水过热度控制在14~18 ℃范围内时,因过热度不同引起的中心等轴晶率的变化较小,变化范围仅为0%~3%;电磁搅拌电流和铸坯断面尺寸对中心等轴晶率的影响较为明显,随搅拌电流的增大,中心等轴晶率呈增加的趋势,而当铸坯断面尺寸增加时其呈减小的趋势;二冷水强度和拉速对中心等轴晶率的影响相对较小,随着二冷水强度的增大,中心等轴晶率呈减小的趋势,而当拉速提高时其呈增加的趋势。
某厂平整机在升速过程中频繁出现带钢打滑问题,严重影响带钢表面质量。通过分析生产过程数据,提出一种判断升速过程带钢与张力辊发生打滑的时间的方法。进一步建立了平整机张力辊与带钢之间运动的数学模型,并分析了升速过程中影响带钢打滑的主要因素。研究发现,较小的张力辊摩擦因数、较大的平整机速度和升速加速度以及较大的张力辊组张力差都会增加带钢与张力辊间的打滑风险,并提出了解决带钢发生打滑的措施,优化后升速过程中的打滑发生率由3.33%降低至0.17%,为平整机稳定生产起到积极作用。
为系统研究含钛钢连续冷却相转变和强化机理,利用热模拟试验机、高分辨透射电镜及金相显微镜等设备进行试验。结果表明,低冷速下(0.5~1 ℃/s),组织主要为铁素体和珠光体;冷速逐步增加(1~5 ℃/s),贝氏体组织出现,且贝氏体比例逐渐增加;高冷速后(5~10 ℃/s),组织以贝氏体为主。含钛试验钢强化机制为析出强化和细晶强化。晶粒内部弥散析出10~20 nm的TiN。优化冷速为(1.5±0.5) ℃/s开展20 mm HRB400E钢筋工业试制,屈服强度不小于430 MPa,断后伸长率不小于20%,最大力总伸长率不小于15%,强屈比不小于1.4。
高炉炼铁技术进步支撑河钢集团全工序流程的发展。本着“以高炉为中心,保证高炉长期稳定顺行”的基本思路,河钢集团致力于提高高炉利用系数、煤比,降低高炉燃料比。通过优化布料制度提高煤气利用;通过合理调整炉料结构应对环保限产;通过积极探索送风参数适应原燃料条件变化;同时,还探索高炉长寿控制技术,研发环保新工艺技术,提高智能控制水平,在钒钛矿冶炼、高比例球团冶炼、熔剂性球团、碱性球团生产等方面也取得了重要突破。在一系列措施下,河钢集团各类型高炉经济技术指标不断提升,成效显著。
分析了4号机架热划伤为犁沟作用所致的金属堆积,属于轧辊和带钢剐蹭产生的热状态下的机械划伤。解决划伤的策略为降低4号机架轧制速度和压下率,增加乳化液温度和浓度,从而降低金属区的变形热。提出了一种以降低热划伤为原则的轧制策略,在保持5号机架出口速度不变的前提下,将4号机架压下率从34.1%降低至29.8%,将5号机架压下率从14.0%增加至29.3%,将4号机架轧制速度从1 615降低至1 272 m/min,从而降低了轧制区的温度。同时,提出了以乳化液浓缩变化为核心的润滑原则,通过将极薄规格镀锡基板的乳化液温度增加至55～60 ℃,乳化液S3箱质量分数提升至5.5%～7.0%,兼顾了轧制区内对油膜厚度和稳定润滑的要求以及轧制区外对轧辊和带钢强制冷却的要求。采取以上措施后,极薄板热划伤缺陷的发生率从12%降低至1%,带钢表面质量能够满足高端用户的需要。
为掌握石灰石造渣和石灰造渣炼钢在工艺能耗方面的不同,在300 t转炉开展石灰石造渣炼钢试验,并从煤气、蒸汽回收及钢渣产生角度进行能耗对比。结果表明,石灰石造渣与石灰造渣炼钢相比,在废钢加入量减少71.6 kg/t的前提下,煤气(CO)回收量提高21.5 m3/t,蒸汽回收量提高28.0 kg/t,钢渣量减少31.4 kg/t。从石灰类熔剂能耗、煤气和蒸汽回收产生的能量及钢渣产生能耗角度对比,两者的能耗平均分别为-38.9、-23.9 kg/t,前者较后者最大节能降耗23.3 kg/t,最小节能降耗9.5 kg/t,平均节能降耗15.0 kg/t。
活性炭可高效脱除烧结烟气中的SO2,但同时受到吸附塔工艺参数的制约。为了揭示工艺参数对脱硫率的影响规律,采用控制变量法,通过模拟烧结烟气进行活性炭脱硫研究。结果表明,空速、烟气湿度、含氧量和活性炭床温度对脱硫影响较大,活性炭粒度对脱硫率影响较小;降低空速、活性炭床温度及活性炭粒度,均有利于SO2物理吸附进而促进脱硫率提高;烟气湿度和含氧量的增加,有利于SO2的化学吸附进而提高脱硫率,但湿度大于12%时,水蒸气会在活性炭上聚集形成水膜而导致脱硫率下降。
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