炼钢杂志

炼钢杂志2023年第1期

• 利用Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术最新进展

  陈妍利,杨健

  为了研究氧化物冶金技术对提高厚钢板焊接性能的影响，归纳总结了国内外利用强脱氧剂Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术的最新进展。随着Ca含量的升高，亚微米级TiN粒子的平均尺寸变化不大，纳米级TiN粒子的平均尺寸下降，亚微米级TiN粒子和纳米级TiN粒子数量明显增多。在焊接热输入400 kJ/cm条件下，含质量分数25×10-6的Ca对HAZ组织的细化效果和低温冲击韧性的改善效果最好。含质量分数150×10-6的Zr钢，粗晶热影响区在钢样中获得了良好的冲击韧性，在热输入400 kJ/cm高达230 J。加稀土元素后，小尺寸夹杂物数量密度上升，平均尺寸下降。含质量分数23×10-6的Ce钢，在热输入为25 kJ/cm条件下，冲击功提高到215 J左右，韧性增强效果尤为明显。对比加Ca、Zr和REM的氧化物冶金作用机理，加Ca可以促进纳米级TiN粒子的增量细化析出，具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，同时还可以明显促进晶内铁素体的生长。加Zr也具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，还容易形成大量含Ti的复合氧化物夹杂，通过吸附MnS夹杂，促进针状铁素体形核。添加稀土元素可以细化微米级夹杂物，从而细化奥氏体晶粒，也具有一定的促进针状铁素体生长的效果，但是容易造成连铸过程的水口堵塞问题。

• 140 t铁水包底吹氩混合特性物理模拟研究

  王晓慧,郑淑国,朱苗勇

  针对铁水包底吹搅拌工艺，以某厂140 t铁水包为原型，基于相似原理建立物理模型，探索了合理的混匀时间测定方法，研究了圆底及平底铁水包底吹氩的混匀特性，并考察了气量、透气砖位置及高径比对混匀特性的影响规律。提出一种合理的混匀时间测定方法，即：通过示踪流场找出混匀较慢的几个典型监测位置并测定其混匀时间，将所测数据的最大值作为本方案的混匀时间。研究结果表明：圆底铁水包中心底吹下，随吹气量增大，混匀时间整体呈减小趋势，最佳混匀气量为800 L/min，且混匀时间随高径比增加呈先增大后减小的趋势；中心底吹下，当吹气量小于200 L/min时，圆底铁水包的混匀效果要明显好于平底铁水包，当吹气量超过300L/min后，平底与圆底铁水包的混匀效果相差不大；就本研究而言，平底铁水包中，随高径比增大，混匀效果最佳底吹位置由中心向0.33R偏移，且0.67R孔底吹的混匀效果始终最差。

• 铁水预处理镁系脱硫渣流动性能调控研究

  蒋武锋,田亮,郝素菊,薄荷,马腾飞,张玉柱

  镁系脱硫剂与硫的亲和力强，脱硫效率高，是铁水预处理脱硫过程常用的脱硫剂之一，但脱硫后的渣具有渣稀、不易扒渣等特点。为了改善脱硫渣的流动性、增加界面的粘接力、降低扒渣铁损，研究了脱硫渣改性剂碱度和添加量对脱硫渣黏度的影响。首先采用FactSage热力学软件对不同碱度和FeO加入量的脱硫渣黏度进行了模拟计算，分析了碱度和FeO加入量对脱硫渣黏度的影响。然后通过绘制CaO-SiO2-Al2O3-MgO(10%)-FeO(11%)脱硫渣的等温液相线图，找到了脱硫渣扒渣难的原因。利用熔渣综合物性测定仪测定了加入脱硫渣改性剂前后熔渣的黏度。结果表明：未加入脱硫渣改性剂之前脱硫渣的黏度均偏低，达不到合适的扒渣黏度；加入脱硫渣改性剂后可以增大脱硫渣的黏度，适宜的脱硫渣改性剂添加量为脱硫渣改性剂与脱硫渣配比为2∶5、3∶5，此时在扒渣温度区间1330~1340℃，脱硫渣黏度在2.007~2.114、2.5~2.77Pa·s，有利于脱硫渣的粘结。

• 转炉内废钢预热可行性的数值模拟分析

  王伟,魏国,王行,邵磊,陈高强

  废钢预热技术作为高炉-转炉长流程提高废钢使用量的重要手段，已成为当前钢铁企业关注的热点。相比于炉外预热，在转炉内部加热废钢可避免热废钢输运过程的热量散失。针对转炉内燃气加热废钢工艺，建立了转炉内天然气燃烧预热废钢的瞬态非热平衡流固耦合模型。模拟结果表明：转炉内天然气纯氧助燃产生的高温气流可快速预热废钢；可在20 min内将废钢平均温度预热到800℃以上，其燃气利用率在40%左右。随着燃气流量增加，加热废钢速度更快、温度更高，但煤气利用率降低。采用高枪位预热时，预热范围大，利于上层废钢的预热；低枪位时，气流的冲击能力增强，利于下层废钢的预热，枪位为1 m时，废钢温度、均匀性综合效果最佳。废钢空隙度为0.8左右时，炉内气流分布均匀，预热效果较优。

• 210 t转炉双马赫数氧枪超音速射流特性模拟与应用

  牛海云,晁霞,董文利

  针对某厂210t转炉吹炼过程存在的氧枪喷头寿命低、喷溅严重、吹炼时间长、终点过氧化等问题，提出一种具备双马赫数的5孔拉瓦尔氧枪喷头优化设计方案，并通过建立计算流体动力学模型（CFD）对不同设计参数的氧枪喷头的超音速射流特性进行研究。基于氧枪喷头超音速射流速度、动压以及湍动能分布规律数值模拟结果，综合考虑转炉熔池搅拌控制要求，最终确定采用“中心拉瓦尔管Ma=2.0外围拉瓦尔管Ma=1.8、偏转角12°”设计方案。优选的双马赫数氧枪喷头在210t转炉应用后，喷头寿命较传统单马赫数喷头提高10.42%，纯吹炼时间缩短10.87%，终点钢水[O]质量分数降低9.56%，终点炉渣TFe质量分数降低20.21%。

• 碱度对转炉渣中磷富集的影响

  吴旭峰,王多刚

  基于离子和分子共存理论，通过理论计算与试验研究了1 673 K时转炉渣中磷的富集能力。研究结果表明：转炉渣中形成的复杂分子主要为2FeO·SiO2、CaO·SiO2、2CaO·SiO2(C2S)以及3CaO·SiO2四种硅酸盐复杂分子和3FeO·P2O5、4FeO·P2O5、2CaO·P2O5、3CaO·P2O5(C3P)以及4CaO·P2O5五种磷酸盐分子，其中C2S的质量作用浓度显著高于另外三种硅酸盐，C3P的质量作用浓度的数量级显著高于另外四种磷酸盐，其分别在碱度为1.8和1.7时达到峰值；磷主要富集于C2S-C3P固溶体中，随着碱度的增加，磷富集可能性（NC2S-C3P）先逐渐增大，在碱度为1.75时达到峰值，随后逐渐降低；磷富集程度（RC2S-C3P）与分配比（LPs/l）随碱度的变化趋势相一致，RC2S-C3P和LPs/l分别在碱度为2.2和1.9时达到峰值，分别为87.1 %和11.4；工业试验显示炉渣的脱磷能力在碱度约为1.8时达到最大。

• 基于集成学习的转炉炼钢供氧量预测模型

  柯凯,彭其春,彭霞林,向往

  针对大多数中小型转炉无法使用动态模型的现状，基于3种不同集成方式的集成学习算法（随机森林、XGBoost和stacking集成）建立了转炉炼钢供氧量预测模型。通过理论基础和相关性分析确定了模型的输入变量；利用五数概括法与孤立森林算法进行数据预处理；结合5折交叉验证和网格搜索方法确定模型的最佳参数。最后通过对比3种集成学习算法的预测结果，表明stacking集成模型的预测性能最好，供氧量在±200、±300m3精度下的命中率分别为84.04%、95.11%，均方根误差（RMSE）为147.31。

• 精炼渣组元对渣系物化性能和耐蚀合金中元素烧损的影响

  周荣傲,龚伟,王鹏飞,姜周华

  在连铸流程生产Incoloy825耐蚀合金时，AOD精炼过程中精炼渣易与合金中Al、Ti元素发生反应造成氧化损失。因此，本研究在1kgMoSi2电阻炉中通过渣-金平衡试验考察了（CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2-TiO2）精炼渣系不同成分设计对Incoloy825合金Al、Ti氧化烧损的影响，并对渣系的熔点、黏度以及物相性质进行了分析。结果表明：增加 SiO2的含量能降低平衡时合金中Al、Ti的含量，Al2O3组元会造成烧钛增铝的现象，适量TiO2可以降低Ti元素的氧化烧损。提高渣系中CaO、TiO2含量能提高精炼渣熔点，渣中SiO2、Al2O3及CaF2的含量增加会导致熔点下降；高温下精炼渣的黏度变化小且有明显的温度转折点，属于短渣类型，转折温度与熔点的规律一致；精炼渣配比为49.87%CaO-2.13%SiO2-24.79%Al2O3-7.40%MgO-4.79%CaF2-9.87% TiO2时，Al、Ti烧损小且熔点和黏度均满足精炼要求。

• 电磁软接触方坯连铸凝固过程夹杂物碰撞长大行为

  侯汉闯,雷洪,陈士富,杨滨,张晗,丁长友,

  电磁软接触对于方坯连铸而言是一项重要的电磁技术。采用数值模拟方法分析了电磁软接触连铸机内电磁力场、流场和夹杂物场的分布特点。数值结果表明，应用电磁软接触后，电磁力主要集中在靠近结晶器的铸坯表面；电磁力在水口两侧产生涡流，同时加快了液面处钢液的流动。电磁软接触下连铸机内夹杂物分布与无电磁软接触下夹杂物分布大体相似。在结晶器下方，随着距液面距离的增加，夹杂物数量密度逐渐降低，夹杂物特征半径逐渐增大。在液面处，电磁软接触下夹杂物浓度、数量密度和特征半径明显降低。

• MgO-C质塞棒侵蚀机理及改进措施

  侴宏晔,李支峰,金从进,王东,杨政宏,屈天鹏

  针对某钢厂连铸MgOC质塞棒棒头侵蚀特征，结合XRF、XRD和电镜能谱等检测分析手段，研究了棒头侵蚀机理。结果表明，在连铸中间包控流点附近形成高真空区域，MgO被还原导致晶粒分解和碎化，向钢水供镁，并形成低强度多气孔结构反应层容易被钢水渗透和冲蚀。MgO晶间基质硅含量过高，易形成结晶相与缩孔微裂纹，恶化晶间强度，易导致MgO颗粒从棒头剥落进入钢液。上述结果造成塞棒控流失效，对连铸生产稳定与铸坯质量构成威胁，影响初始夹杂物成分恶化钢水洁净度；通过优化控流区流场、改善原材料等措施可降低塞棒侵蚀风险和相关负影响。

• 高钛钢连铸结晶器内“结鱼”的形成

  王学友,王云波,王时松,张旭彬,何生平

  针对高钛钢连铸结晶器内“结鱼”问题，采用SEM-EDS分析方法，观察了结鱼物和铸坯缺陷的形貌，测定了结鱼物和铸坯缺陷化学组成，分析了高钛钢内TiN夹杂物形成的热力学条件，探讨了结鱼物形成的机制。结果表明：高钛钢连铸坯缺陷样主要由钢基体、孔洞、保护渣、钙钛矿和TiN等物质组成，其与结鱼物的组成较为接近，缺陷样内存在着7~8μm的TiN聚集现象；当钢中全氮质量分数低于46×10-6时，高钛钢钢液的TiN夹杂物生成与非稳态生产有关；高钛钢结晶器内的结鱼物和连铸坯夹渣缺陷的产生与钢液中TiN的生成及其在钢渣界面处聚集有关。

• 脱氧工艺对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响

  朱君,杨吉春,谌智勇,樊志明

  研究了实际生产中脱氧剂硅钙钡的加入量及加入时间对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响。研究结果表明，虽然试验炉次硅钙钡脱氧剂加入量较原工艺减少180 kg，但是调整其加入工艺，试验炉次终点钢中总氧量基本保持不变。精炼后期钢水发生增氧及增氮现象，表明钢水发生了二次氧化。应适当降低VD破空后软吹气体流量，加强中间包保护浇铸，防止钢液裸露造成二次氧化。减少硅钙钡的加入量后，精炼渣碱度及Al2O3质量分数较原工艺有所降低，VD精炼后夹杂物的平均尺寸较原工艺有所降低，夹杂物平均成分发生了较大变化，CaO质量分数降低，SiO2质量分数升高，Al2O3质量分数降低，MgO质量分数升高，在相图中夹杂物平均成分朝高熔点区移动，更有利于夹杂物上浮去除。