炼钢杂志

炼钢杂志2025年第2期

• 当前300系不锈钢冶炼工艺流程现状与比较

  史彩霞

  总结归纳了当前不同原料条件下300系不锈钢冶炼工艺流程。根据原料结构的不同，目前广泛应用的300系不锈钢冶炼流程有5种。概述了5种300系不锈钢冶炼工艺流程的优缺点，并结合生产数据分析5种冶炼工艺路径的成本差异。结果表明，全冷料冶炼时，中频炉(IFF)流程具有成本优势；相比全冷料冶炼，以小高炉镍铁水或矿热炉(RKEF)镍铁水为主要原料的工艺流程成本更优；而所有的原料构成中，采用矿热炉镍铁水作为主要原料是最具有成本竞争力的工艺流程。研究结果可为300系不锈钢生产原料和工艺流程的选择提供参考

• 基于集成学习的转炉炼钢磷含量预测模型

  邓胜保,彭其春,彭霞林,向往,樊智勇,龙雄峰

  精准预报终点磷含量可解决转炉吹炼过程中不能连续检测钢水成分的难题，促进转炉快速出钢和缩短冶炼周期。基于湖南某钢厂100 t转炉的实际生产数据，建立了基于集成学习算法的转炉终点钢水磷含量预测模型。通过分析转炉脱磷过程确定主要影响因素，结合钢厂实际生产确定模型的输入变量；采用四分位距法、LOF算法等方法进行数据预处理，结合10折交叉验证法和网格搜索法确定模型的最佳参数。使用4种集成学习算法（RF、AdaBoost、MultiBoosting、Stacking）分别建立预测模型，对比4种模型预测结果发现：Stacking模型预测效果最佳，具有最高的命中率和最低的均方根误差、平均绝对百分比误差，其预测终点钢水磷质量分数误差为±0.003%、±0.005%时的命中率分别为86.08%、97.84%。

• 100 t转炉二次燃烧氧枪喷头数值模拟及应用研究

  韩永锋,齐江华,郑淑国,尹振芝,戴智才

  以100 t转炉供氧参数为基础，通过k-ε模型计算，设计二次燃烧氧枪喷头并描述转炉内流体的湍射流特征。设计副孔直径13.3 mm、倾角38°、8个副孔的二次燃烧氧枪喷头，在氧气流量24 500～26 000 m3/h，工作氧压0.85 MPa条件下应用于工业生产。工业试验表明：二次燃烧氧枪喷头可满足正常的转炉造渣要求；相对常规氧枪喷头，在氧流量上限26 000 m3/h时，二次燃烧氧枪喷头有更好的冶炼效果，有利于控制转炉喷溅和溢渣；二次燃烧氧枪喷头可发挥炉内CO二次燃烧效果，提升钢水温度23.80 ℃，提高废钢比1.48%，有较好的应用效果。

• 电弧炉炼钢集束氧燃混合射流动力学特性研究与工业实践

  刘崇,张雲飞,刘纲,丁志军,康旭,张俊粉

  为进一步加快废钢升温速率、缩短冶炼周期，建立了短流程全废钢电弧炉炼钢过程集束氧燃混合射流数值模拟模型，分析了不同氧燃比、不同氧燃流量对混合气体喷吹动力学特性以及燃烧带长度、燃烧位置的影响趋势。结果表明：在中、高档烧嘴模式下，随着氧燃比增加，各出口速度及势流核心段长度逐渐增加，开始发生燃烧反应的位置延后，当氧燃比为2.2时，燃烧反应带长度最长，有助于天然气和氧气的充分混合燃烧；低档烧嘴模式下的气相射流并未形成势流核心段，意味着燃烧过程放出的热量可能无法有效地集中作用于废钢熔化。基于数值模拟计算结果，对冶炼过程氧燃枪喷吹参数及喷吹时间进行调整，将氧燃比由2.0提升至2.2，缩短低档烧嘴的使用时间，统计分析了一个完整炉役的冶炼数据，供电时间缩短了0.7 min、天然气消耗降低了0.29 m3/t。

• 210 t转炉氧枪与熔池作用物理模拟与工业实践研究

  邓必荣,周剑丰,刘红军,齐江华,肖爱达,张波,周宇涛

  为解决210 t大型转炉供氧强度低、冶炼周期长的问题，设计了10支氧枪喷头并开展了水模试验。结果发现5孔氧枪射流形成的冲击坑独立性更好，相同氧流量下，冲击深度要大于6孔氧枪，其中3号枪和4号枪的冲击深度优势明显。冲击面积（半径）随倾斜角的增大而显著增加，3号、4号、9号和10号枪均具有较好的冲击面积。因此，以3号枪为试验用新5孔氧枪，9号枪为试验用新6孔氧枪开展工业试验，并将冶炼效果与原6孔氧枪进行对比。工业试验结果表明：新6孔氧枪脱磷效果最优，原6孔氧枪脱磷效果最差；相比于原6孔氧枪，新5孔枪不具有缩短供氧时间的能力，而新6孔枪供氧时间平均缩短22 s；新5孔氧枪寿命不及原6孔氧枪，而新6孔枪与原6孔枪寿命相当；相比于原6孔枪，新6孔枪在降低渣中全铁含量和钢铁料消耗上效果明显。

• Q690钢钢液钙处理工艺优化与工业试验

  高志滨,刘忠建,高山,刘文凭,王忠刚,张立峰,杨文

  为改善钢水洁净度、控制夹杂物形态，寻求合适的钙处理工艺技术，首先采用FactSage软件对铝镇静钢Q690钙处理进行热力学计算，分析钢液成分和温度等对钙处理的影响，建立Q690钢钙处理模型，得到Q690钢中夹杂物完全液态化改性所需的最小喂钙量；其次对钙收得率影响因素进行分析，得到钙收得率随钙处理前钢中T.O含量的降低而提高，钙收得率与喂线量成反比，即喂线量越少时钙收得率越高的结论；为兼顾Q690钢可浇性和夹杂物去除效率，减少浇铸过程发生水口结瘤的风险，同时避免夹杂物完全液态化，确定了Q690钢合适的钙加入量为25.85～26.92 g/t。工业试验结果表明，RH钙处理后钢中T.O质量分数可降至5×10-6以下，连铸坯中T.O质量分数可降至6×10-6以下；钙处理后钢中夹杂物数密度和面积分数基本没变化，在浇铸过程钢中析出大量高CaS含量的夹杂物，导致夹杂物数密度和面积分数急剧增加，连铸坯中夹杂物数密度为6～8个/mm2，面积分数为(150～230)×10-6，连铸坯中检测到的最大夹杂物尺寸在10～20 μm，洁净度满足优质钢种质量要求。

• 120 t钢包底吹在线智能调控系统开发与应用

  董晓雪,韩啸,乔西亚,李晶,于学渊,赵阳

  钢包底吹是炼钢生产中重要的精炼手段，对提高钢液质量发挥着积极作用。为了保证底吹效果的一致性，结合现场操作人员的实际经验，设计开发了一套基于热成像测温技术与多参数底吹流量调控模型相结合的钢包底吹在线智能调控系统。基于多参数钢包底吹流量模型可以较为准确地确定当下底吹流量，强吹阶段时模型计算值比实际值略低20～100 L/min，仍能满足现场底吹需求；采用在线热成像监测模型对钢包钢液搅拌情况进行监控分析可以实现钢包底吹的实时监测，并计算钢液裸露面积占所测区域面积比值，面积比值Ps分别为0、15%～20%、大于60%时，可以保证停吹、弱吹、强吹效果；采用多参数钢包底吹流量预测调控模型并结合在线热成像监测模型计算求出的钢液裸漏面积比值，系统实现了现场钢包底吹流量的精准综合调控。系统投用后，钢包出站温度波动较为均匀，低于1 550 ℃的炉次占比从69%减少到27.5%；钢坯中的夹杂物数量大幅减少，约为投用前的80%，且浸入式水口结瘤减少，底吹效果明显提高，同时协助现场高效地完成了钢包底吹搅拌工作，降低了人员劳动强度。

• 镧铈混合稀土对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响

  崔凌霄,,刘玉宝,,任强,胡志远,张立峰

  夹杂物是恶化高牌号无取向硅钢软磁性能的主要因素之一，通过稀土处理减少夹杂物数量、粗化夹杂物尺寸有助于减轻夹杂物对软磁性能的危害。通过对高牌号无取向硅钢进行混合稀土处理，对RH精炼、浇铸过程、连铸坯、热轧板和成品板取样，并对钢成分和夹杂物特征进行了检测，结合热力学计算对夹杂物的生成过程进行了分析，得到以下结论：混合稀土加入3 min后，钢中稀土总质量分数为64×10-6，在后续精炼过程逐渐降低，至中间包钢液降为25×10-6，精炼过程中钢液硫含量降低和镁含量增加主要是由于CaO-CaF2脱硫剂的脱硫作用和对MgO质耐火材料的侵蚀，稀土处理能够略微降低硫含量和提高镁含量，但其影响比脱硫剂小。混合稀土处理将无取向硅钢中MgO·Al2O3改性为稀土氧硫化物和稀土硫化物，稀土夹杂物中镧和铈的比例与尺寸有关，大于3 μm的夹杂物中镧与铈的原子占比几乎相等，并且此类夹杂物经过冷轧后延轧制方向延伸为串状形貌；而在小于3 μm的夹杂物中铈元素的占比更高，轧制过程不会变形。通过热力学计算表明，稀土镧元素对夹杂物的改性能力要强于铈，使用混合稀土改性无取向硅钢中夹杂物时，稀土元素倾向于优先改性钢中的MgO·Al2O3，然后再与钢中的溶解氧、硫等反应直接生成稀土夹杂物。

• 50 t双流板坯中间包结构优化及工业应用

  王博,金进文,朱宏伟,吕子宇,顾超,包燕平,韦泽

  中间包作为钢液凝固前的最后一个精炼装置，在提高钢液洁净度方面起着重要作用。为了解决中间包夹杂物去除效果不佳的问题，提高铸坯洁净度，以某厂50 t中间包为研究对象，建立1∶4的物理模型来研究不同的长水口浸入深度、挡墙与挡坝相对距离、挡墙到长水口中心的距离以及挡墙和挡坝的高度对中间包流场的影响，通过分析中间包流场和RTD曲线得到中间包流场优化方案。结果表明，当长水口浸入深度为50 mm、挡墙与挡坝相对距离为50 mm、挡墙到长水口中心的距离为400 mm、挡墙高度为282 mm、挡坝高度为64 mm时，中间包冶金效果最好；采用优化方案后，中间包内死区比例降低，平均停留时间延长。工业化试验的结果表明，优化后铸坯中的全氧质量分数下降16.3%，夹杂物数量密度减少17.1%。

• 板坯结晶器内流场流态控制的插钉板工业试验研究

  张建元,赵喜庆,王志通,陈威,张立峰

  结晶器内夹杂物运动和去除主要受钢液流动的影响，钢液流场流态也直接决定了连铸过程传热和凝固等现象。通过插钉板工业试验测量手段对某钢厂1 300 mm×230 mm断面结晶器内宏观流态、弯月面流速和液位分布进行系统的研究，得出关键连铸工艺参数如拉速、吹氩流量和水口浸入深度的影响规律。结果表明，低拉速（≤1.0 m/min）情况下吹氩流量是决定结晶器内流场流态分布的主要因素。高拉速（≥1.3 m/min）情况下即使吹氩流量增大至6～10 L/min，流态仍然为双环流。弯月面流速整体上随着水口浸入深度的增大而减小，但水口浸入深度对流场流态的影响较小。液位波动大小随着拉速和吹氩流量的增大而增大。吹氩流量从6 L/min增大至8 L/min后，1.2 m/min和1.6 m/min拉速下大于3 mm液位波动占比分别从零增大至6.7%和15.0%。得到不同氩气体积分数βAr与通钢量Qsteel下流态临界转换关系，双环流向复杂流转变时临界氩气体积分数和通钢量之间的关系式为βAr=-4.2+7.8Qsteel，复杂流向单环流转变时临界氩气体积分数和通钢量之间的关系式为βAr=-5.6+9.8Qsteel。

• 结晶器液渣层厚度对大方坯表面质量的影响

  程朋,文光华,李秋平,陈远清,李成斌,刘洋

  为了提高某厂连铸大方坯的表面质量，对铸坯表面裂纹、气孔缺陷进行分析并对连铸现场保护渣使用情况进行跟踪。结果表明，在缺陷周围发生明显脱碳行为，原始奥氏体晶粒大小较正常位置更加粗大，结晶器内保护渣液渣层厚度整体较薄。通过对保护渣加渣高度进行调整进而优化保护渣的熔化速率以此增加液渣层厚度。优化后，液渣层厚度较之前整体提高，裂纹发生率明显下降。对轧材进行漏磁探伤，研究钢种合格率由51.6%提升到94.0%。

• 超低氧重载渗碳齿轮钢生产工艺的开发

  赵龙,杨吟野,何东,王力,黄侃,周朝刚

  为了降低重载渗碳齿轮钢中的氧含量，提高齿轮材料的疲劳寿命，对锻件成品氧含量进行分析，发现原生产工艺无法满足客户要求，为此开发出LF精炼换渣加双VD真空精炼操作工艺，并利用在线定氧仪、Aspex夹杂物全自动扫描分析仪、氧氮氢分析仪以及XRF荧光分析仪对优化前后工艺试验结果进行对比分析。结果表明，工艺优化后可以使锻件氧质量分数降到6×10-6，并使锻件最大夹杂物尺寸检测值从137.5 μm下降到51.2 μm，成功满足客户需求，为“EBT+LF+VD+IC”生产工艺冶炼超低氧重载渗碳齿轮钢提供技术指导。