炼钢杂志

炼钢杂志2022年第4期

• 螺旋外导流槽式脱硫喷枪的数值模拟及应用研究

  佟岗,贺铸,欧阳德刚

  针对常规直通式单口喷枪喷吹金属颗粒镁铁水脱硫存在的脱硫反应动力学条件差的问题，提出了螺旋外导流槽式脱硫喷枪，并对其喷吹过程进行了数值模拟研究。通过对比发现，螺旋导流槽式脱硫喷枪能够有效提高气体对熔池的搅拌作用，同时减弱铁水喷溅。某钢厂250 t铁水罐的铁水金属颗粒直接喷吹脱硫工业性试验与应用表明，铁水喷溅与渣面金属镁蒸气逃逸燃烧明显降低，脱硫剂平均单耗降低6.0 %，喷枪平均寿命达180炉/支，应用效果优良。

• 基于数据驱动的转炉耗氧量模型研究

  杨仕存,魏志强,钟良才,于学渊,李强,陈海娇,高威

  基于45 t转炉炼钢实际生产数据，通过数据预处理和互信息（MI）法进行特征选择，采用贝叶斯算法（BOA）优化BP神经网络模型、支持向量回归机（SVR）模型和LGBM模型的参数，预测转炉吹炼的耗氧量。用1 176炉的实际生产数据对模型进行训练，504炉的数据用于验证模型的预测效果。结果表明，在预测的氧气体积偏差分别为±50、±40、±30 m3的范围下，LGBM模型的预测命中率分别为94.04 %、85.91 %、76.58 %。与SVR模型和BP神经网络模型相比较，LGBM模型有着更高的预测精度和稳定性以及更强的泛化能力。

• 基于GA-BP神经网络预测转炉出钢过程Mn元素合金化收得率

  何孝雨,王敏,冀建立,包燕平,杨俊峰,王仲亮

  转炉脱氧合金化是转炉冶炼工艺的最后一步，钢液内合金成分含量控制是否精确直接影响着精炼工序的冶炼难度与冶炼周期。合金收得率是转炉合金操作人员配加合金时的重要参考标准。合金元素收得率判断的准确性直接影响着钢水成分稳定性与生产成本。通过理论分析和实际数据验证，选取了9项影响锰收得率的可观测指标，并借助因子分析法对数据进行降维处理，得到6个公因子矩阵作为模型的输入，以锰收得率为模型的输出，建立基于GA-BP神经网络的锰收得率预测模型。结果表明，模型的回归系数R2=0.714 78，平均误差为0.01，预测精度98 %以上的炉次占总炉次的75 %，预测的精度较高，对实际生产具有一定的指导意义。

• 120 t转炉氧枪喷头优化及其在炼钢环境的射流特性研究

  茹作栋,张英嘉,王春江,胡绍岩,王德永

  氧枪的射流特性直接影响到转炉的吹炼效果。针对某钢厂120 t转炉供氧时间长、氧耗高等问题，对氧枪喷头进行优化设计，利用数值模拟的方法研究氧枪喷头优化前后的射流特性。该研究充分考虑了炼钢环境高温、高CO浓度的特点，创新性地在模拟计算中导入气相燃烧反应机理，首先对比分析了激活燃烧反应机理前后的计算域温度场和速度场差异，结果表明，氧气射流与环境气氛中的CO会发生燃烧反应，燃烧火焰主要集中在多股射流之间的区域，气相燃烧有助于抑制射流速度的衰减和多股射流的聚并。对新旧氧枪喷头的模拟结果表明，新氧枪喷头的射流长度和流股直径都更大，具有更强的冲击搅拌能力。现场采用新氧枪喷头后，供氧时间缩短50 s，氧耗降低1.37 m3/t，过程化渣得到改善，粘枪和溢渣喷溅率下降，冶金指标得到全面提升。

• 高钛铁水转炉少渣冶炼技术研究实践

  王劼,华福波,谢祥,伍从应,孔祥涛,薛正良

  渣料消耗是转炉炼钢的关键经济技术指标之一，其值高低代表炼钢技术水平，与满足脱磷、护炉要求相矛盾。某钢厂受高炉矿原料配比影响，铁水钛、磷含量较高，为保脱磷、护炉满足要求，渣料消耗较高。为此，基于高钛铁水性质及其转炉成渣特征，优化转炉供氧制度、造渣制度，以“镁固钛”为技术核心，控制炉渣高TiO2 含量对脱磷、护炉的影响，提高渣料利用率。通过上述工艺的持续优化，形成了高钛铁水转炉少渣冶炼技术，渣料消耗由55.67 kg/t降低至45.86 kg/t，取得了较好的经济效益，为高效化炼钢技术发展奠定了基础。

• 石灰石造渣对转炉煤气CO含量影响研究

  李晨晓,张昀,王书桓,薛月凯,张凯旋,孙华康,

  为研究石灰石造渣对转炉煤气成分及回收量的影响，在100 t转炉上进行了不同石灰石替代比下的造渣炼钢工业试验。研究结果表明：当铁水温度在1 350～1 650 ℃，石灰石分解产生的CO2可作为弱氧化剂与铁水中元素反应生成CO，反应次序依次为[Si]、[Mn]、[C]、[Fe]；通过工业试验证实，石灰石分解产生的CO2确实可参与铁水氧化反应，随着石灰石替代比的增加，炉气中CO比例升高；通过理论估算，与石灰造渣工艺相比，石灰石造渣炼钢工艺的吨钢煤气回收量提高约16.12 %，可见石灰石代替石灰造渣还可以增加转炉煤气回收水平。

• 转炉熔渣气化脱磷行为及矿相研究

  韩宇,薛月凯,崔小杰,李晨晓,王书桓

  针对转炉渣循环使用过程中的P元素富集问题，提出在溅渣护炉阶段利用还原剂气化脱除熔渣中的部分P元素。目前工业试验中熔渣气化脱磷率达到接近40 %水平，为进一步提高熔渣脱磷率，对熔渣脱磷过程中不同相内P元素的变化规律进行了研究，进而为脱磷工艺操作提供理论指导和优化方向。利用SEM-EDS及XRD检测设备对转炉渣还原前后的矿相进行了分析，研究表明：转炉渣P元素主要富集在大直径颗粒状、板条状的2CaO·SiO2、3CaO·SiO2相中，电镜观测中这些微区内平均w（P)=2.4 %，气化脱磷反应主要在这些富磷相中进行，反应后富磷相破裂变小，微区内平均w(P)=0.7 %；转炉渣铁酸钙（CaO·Fe2O3）相和RO相中的w(P)偏低，平均分布分别为1.1 %和1.5 %，此部分微区脱磷后两相混合，平均w(P)降低至0.27 %；为进一步促进富磷相中的脱磷反应，应从动力学条件入手。

• RH精炼钢包底吹工艺优化物理模拟研究

  庞佳佳,包燕平,华承健,孙宇秋,杨健

  为提高RH精炼效率，针对某钢厂120 t RH精炼装置进行了RH精炼钢包底吹位置以及流量对精炼效果影响的物理模拟研究。首先根据原型的水模拟确定了较为合适的工艺参数，其中提升气体流量为1 408 L/min、浸渍管深度为540 mm。然后该研究相对于上升管以及下降管的位置设置了3种不同底吹孔的位置，其分别为单孔在上升管的正下方、双孔连线与上升管和下降管的连线垂直以及平行，通过混匀时间、循环流量及流场速度3个指标研究发现，添加底吹时单孔的精炼效果较双孔的好，双孔垂直位置较平行位置精炼效果好，故建议采用单孔底吹工艺。

• 精炼渣对U75V钢中非金属夹杂物影响的研究

  朱君,杨吉春,谌智勇,樊志明,张立峰

  研究了精炼渣碱度和渣中Al2O3含量对U75V钢中非金属夹杂物的影响。结果表明，精炼渣碱度对钢中夹杂物成分影响较大。在U75V钢精炼过程中，随着精炼渣碱度由1.4提升至2.0，钢中夹杂物的成分发生了较大变化。其中，平均w(CaO)由43%升高至62%，平均w(SiO2)、w(MgO)和w(Al2O3）均有不同程度的下降，分别由37 %、16 %、4 %下降到29 %、7 %、2%。精炼渣碱度对U75V钢中夹杂物数密度影响较大。碱度为1.4时，夹杂物数密度为2.95 个/mm2，随着碱度升高至1.8，夹杂物数密度降至1.42个/mm2，继续升高精炼渣碱度，夹杂物数密度开始增大。精炼渣碱度为1.8时，钢中夹杂物数密度最小，此时的精炼渣更有利于夹杂物的去除。精炼渣中Al2O3含量对钢中夹杂物有重要影响。随着精炼渣中w(Al2O3)由0升至3%，夹杂物中CaO和SiO2含量降低，MgO和Al2O3含量升高；继续提升精炼渣中w(Al2O3)至6%，夹杂物中w(CaO)不再变化，稳定在40%左右，而MgO 、SiO2含量略有降低，w(Al2O3)则升高至18%左右。随着渣中Al2O3含量升高，钢中夹杂物数密度持续上升，且当渣中w(Al2O3)由3%增加至6%时，夹杂物数密度增加了近1倍。因此U75V需要将精炼渣中w(Al2O3)控制在3%以下。在生产过程中，应严格控制合金和造渣材料中的Als和Al2O3含量，减少进入炉渣中Al2O3含量，将炉渣碱度控制在1.8左右。

• 换包过程中连铸中间包内多相流动行为研究

  钟巍,徐蕊,王海军,仇圣桃

  为提高换包过程中钢水的洁净度，采用数值模拟和物理模拟研究了连铸中间包内钢水-渣相-气相多相流动行为，并进一步研究了液位上涨时间对换包过程中间包内多相流动行为的影响。结果表明：当液位上涨时间为97 s时，中间包内持续发生着二次氧化现象，换包初始时刻大量的气相被吸入冲击区内且冲击区上表面处钢水裸露面积分数迅速增大，5 s后气相的吸入量和钢水裸露面积分数保持稳定；钢水发生裸露的原因为换包初始时刻大包水口附近渣相受到钢水的直接冲击，此后表层渣相受到水平方向流动钢水的剪切作用，其厚度变薄；延长换包过程中液位上涨时间，不仅降低了钢水对大包水口附近渣相的冲击动能，也降低了渣钢界面处钢水对表层渣相的剪切作用，进而显著降低了中间包冲击区内气相的吸入量和钢水的裸露。为了提高换包过程中钢水的洁净度，建议中间包内液位上涨时间保持在184 s以上。

• 低碳低合金钢塞棒侵蚀机理研究及改进

  赵家七,麻晗,马建超,蔡小锋,李解

  针对SAE系列低碳低合金钢在浇铸过程中出现塞棒头异常侵蚀问题，通过塞棒的物相分析及元素分布，研究塞棒的侵蚀机理，并提出相应的改进措施。结果表明，塞棒头中的碳含量高，与钢水中的氧反应，形成塞棒头表层脱碳层。钢水中高SiO2组分的夹杂附着在塞棒头表层，与塞棒头本体耐材中的MgO、MgO·Al2O3反应，生成Mg2SiO4类的低熔点相，在钢水冲刷作用下被带入钢水，造成塞棒头侵蚀。通过选用低碳、高致密度且含适量SiC的塞棒头，提高炉渣碱度和降低钢水氧含量，塞棒头侵蚀问题显著改善，中包连浇炉数由8～10炉提高至15炉以上。

• 镁处理对含Ti螺纹钢中夹杂物的影响

  吴静,田俊,王德永,屈天鹏,侯栋,胡绍岩

  对含Ti高强度螺纹钢进行了镁处理试验，分析了镁处理前后试样中夹杂物的成分和尺寸的变化，并用FactSage软件对夹杂物的形成和析出进行了计算。结果表明：加Mg前试样中夹杂物主要是Al2O3、以Al2O3为核心的TiN和TiN，加Mg后试样中夹杂物主要是Al2O3、MgO·Al2O3、以Al2O3或MgO·Al2O3为核心的TiN和TiN。钢中氧含量越高，越容易形成Al2O3，氧含量越低，越容易形成MgO；Al含量越高，越不容易形成MgO。TiN在钢液凝固过程中可以以氧化物为核心形核析出或者单独析出。镁处理后试样中夹杂物尺寸减小。MgTi2O4主要是在Mg含量较高和温度较低的情况下形成，试样中MgTi2O4主要是在凝固过程形成。

• CSP工艺生产SK2高碳工具钢研究及实践

  戴智才,曾斌,谢森林,陈伟,郭政伟

  从SK2高级高碳工具钢的特性出发，分析了转炉、精炼控制钢水洁净度的生产工艺，研究了连铸保护渣、拉速、比水量的优化方向。设计了转炉终点高碳低磷、精炼过程控氧控氮的工艺，开发了低碱度、低熔点、润滑性良好的连铸保护渣及二冷比水量1.6～1.7 L/(kg·min)、拉速3.5～4.0 m/min的连铸工艺，成功在薄板坯连铸连轧生产线开发了SK2钢的生产工艺。