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电弧炉炼钢应用生物质的研究进展

过程工程学报 2022年第10期22卷 1368-1378页

作者：韩成金朱荣魏光升北京科技大学二氧化碳科学研究中心北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

在当前碳达峰与碳中和的背景下,钢铁行业作为CO_(2)排放大户,长期面临着碳减排的巨大压力。因此大力发展具有更低碳排放的电弧炉短流程炼钢将是钢铁行业实现减排的有效措施。但尽管短流程炼钢的碳排放量较长流程炼钢相比大大减少,但其... 详细信息

在当前碳达峰与碳中和的背景下,钢铁行业作为CO_(2)排放大户,长期面临着碳减排的巨大压力。因此大力发展具有更低碳排放的电弧炉短流程炼钢将是钢铁行业实现减排的有效措施。但尽管短流程炼钢的碳排放量较长流程炼钢相比大大减少,但其冶炼过程也仍需使用大量的煤炭资源以达到冶炼要求。因此寻找一个合适的碳源替代煤炭用作电弧炉炼钢过程中的渗碳剂和发泡剂对进一步降低电弧炉炼钢碳排放具有重大意义,而生物质资源作为唯一的可再生碳源将会是替代碳源的首选。本综述介绍了国内外各学者多年来对生物质在电弧炉炼钢中的应用的一系列研究,并在此基础上对未来国内电弧炉炼钢应用生物质的研究方向进行了展望。

关键词：生物质电弧炉炼钢碳减排渗碳剂发泡剂

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不锈钢冶炼底吹CO_(2)对熔池动力学条件影响

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钢铁 2023年第1期58卷 39-46页

作者：周赟魏光升朱荣董凯北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

近年来,CO_(2)在钢铁行业的资源化利用技术被广为开发,研究表明CO_(2)在不锈钢冶炼中的应用颇具潜力。通过建立底吹CO_(2)气泡反应动力学模型并结合水力学模拟试验研究,量化研究不锈钢冶炼条件下底吹CO_(2)对熔池动力学条件的影响。由于... 详细信息

近年来,CO_(2)在钢铁行业的资源化利用技术被广为开发,研究表明CO_(2)在不锈钢冶炼中的应用颇具潜力。通过建立底吹CO_(2)气泡反应动力学模型并结合水力学模拟试验研究,量化研究不锈钢冶炼条件下底吹CO_(2)对熔池动力学条件的影响。由于CO_(2)脱碳导致气体体积增加会造成气泡膨胀或分裂的情况不明确,假设两种极端条件,即条件a,CO_(2)反应气泡体积增大后只膨胀不分裂;条件b,CO_(2)反应气泡体积增大后只分裂不膨胀,并取某厂70 t不锈钢炉冶炼中期工艺参数对两种条件下CO_(2)气泡反应动力学进行计算。结果表明在本研究条件下,不锈钢冶炼底吹CO_(2)反应后气体增加无论是导致气泡膨胀或者分裂,反应平衡时气泡最终体积约为初始体积的1.3倍,并且气泡体积随反应时间的变化呈线性关系。水力学模拟研究发现,相对于对照组试验,条件a和条件b下熔池的混匀时间分别缩短16.5 s和8.4 s,因此得出实际底吹CO_(2)在反应后会使熔池混匀时间缩短8.4~16.5 s,使熔池的动力学条件得到显著改善。此外,通过墨水示踪剂观察底吹CO_(2)对熔池流场变化的影响,发现底吹CO_(2)反应后导致气泡膨胀会促进熔池的溶质向横向扩散,相对抑制溶质在纵向的扩散速度;相反地,CO_(2)反应后导致气泡分裂会促进熔池的溶质向纵向扩散,相对抑制溶质在横向的扩散速度。

关键词：不锈钢冶炼底吹CO_(2) 动力学模型气泡体积混匀时间流场

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底吹条件下电弧炉炼钢熔池的流体流动特性

工程科学学报 2018年第S1期40卷 93-99页

作者：董凯魏光升常军苏荣芳吴学涛北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083 西宁特殊钢股份有限公司西宁810000 北京荣诚京冶科技有限公司北京100083

电弧炉炼钢广泛采用底吹技术以强化熔池搅拌、加速冶金反应和提升产品质量.本文通过数值模拟和水模型实验研究了底吹条件下电弧炉炼钢熔池内流体流动特性,分析了底吹流股对流体流动的影响作用规律.随底吹流量的增加,熔池平均流动速度增... 详细信息

电弧炉炼钢广泛采用底吹技术以强化熔池搅拌、加速冶金反应和提升产品质量.本文通过数值模拟和水模型实验研究了底吹条件下电弧炉炼钢熔池内流体流动特性,分析了底吹流股对流体流动的影响作用规律.随底吹流量的增加,熔池平均流动速度增加,熔池内"死区"体积减小.同时结合工业生产实测数据,发现电弧炉底吹技术的运用可通过强化熔池搅拌,加快熔池内热量传递,均匀熔池钢液温度,有效加快炼钢熔池的热量传递和整体升温速率,大大提高冶炼过程热量的利用效率.

关键词：电弧炉底吹数值模拟水模型实验热传递

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近零碳排电弧炉炼钢工艺技术研究及展望

钢铁 2022年第10期57卷 1-9页

作者：朱荣魏光升张洪金北京科技大学二氧化碳科学研究中心北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼... 详细信息

中国钢铁工业碳排放占全国总排放比例达16%,减少钢铁工业碳排放是中国政府实现“碳达峰、碳中和”承诺的重要抓手。在碳中和背景下,全球钢铁行业正加速推动技术革新以降低碳排放。提出近零碳排电弧炉炼钢新工艺,从能量来源碳近零、冶炼过程碳近零、原料生产碳近零3个层面开展技术创新,以实现炼钢工序碳近零。在能量来源碳近零方面,提出利用太阳能、风能及谷电等能源昼夜交替补充,能量有效存储及释放、微型智能电网及电弧炉优化供电,实现绿色能源的直接高效利用;在冶炼过程碳近零方面,提出利用氢能烧嘴、无碳发泡剂、CO_(2)-Ar动态底吹脱氮、熔池内O_(2)-CaO喷吹脱磷及系统能效评价等关键技术实现非涉碳冶炼;在原料生产碳近零方面,提出利用绿氢直接还原炼铁及相关配套技术、绿电等离子热风窑炉配合碳捕集工艺等大幅降低原辅料生产过程碳排放。对电弧炉炼钢过程能量输入、冶炼涉碳及原料带碳的吨钢坯二氧化碳排放进行了衡算,并结合上述关键技术减碳能力分析,计算预测该近零碳排电弧炉炼钢新工艺最终极限碳排放可降低到64 kg/t(钢)。因此,开展近零碳排电弧炉炼钢工艺研究,加速其工业落地应用,将有助于促进中国钢铁工业创新发展和绿色低碳发展。

关键词：近零碳排电弧炉炼钢绿电供能非涉碳冶炼低碳原料

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电弧炉炼钢绿色及智能化技术进展

钢铁 2019年第8期54卷 9-20页

作者：朱荣吴学涛魏光升田博涵北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

为推动钢铁工业转型发展,从绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的应用出发,介绍并分析了近年来电弧炉炼钢在高效洁净化冶炼、绿色清洁化生产和智能检测与控制等领域的技术发展状况。结合国内外研究现状,指出绿色化和智能化技术在电弧... 详细信息

为推动钢铁工业转型发展,从绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的应用出发,介绍并分析了近年来电弧炉炼钢在高效洁净化冶炼、绿色清洁化生产和智能检测与控制等领域的技术发展状况。结合国内外研究现状,指出绿色化和智能化技术在电弧炉炼钢领域的作用将日益突出,更先进的绿色清洁化生产技术以及更可靠全面的流程智能化检测与控制将成为今后电弧炉炼钢技术的发展趋势。

关键词：电弧炉炼钢绿色化智能化进展

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金属熔池埋入式气–固喷吹冲击的特征规律

工程科学学报 2020年第S01期42卷 47-53页

作者：魏光升朱荣田博涵董凯杨凌志北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

电弧炉炼钢以废钢为基本原料,熔清后磷含量波动大,且受炉型结构限制,反应动力学条件差,深脱磷困难;全废钢冶炼熔清碳含量低,熔池内C–O反应缺乏,气泡产生数量少;且吹氧强化搅拌造成渣中FeO含量高、钢液易过氧化.电弧炉熔池内气–固喷吹... 详细信息

电弧炉炼钢以废钢为基本原料,熔清后磷含量波动大,且受炉型结构限制,反应动力学条件差,深脱磷困难;全废钢冶炼熔清碳含量低,熔池内C–O反应缺乏,气泡产生数量少;且吹氧强化搅拌造成渣中FeO含量高、钢液易过氧化.电弧炉熔池内气–固喷吹冶炼新工艺,通过向熔池内部直接喷射石灰粉或碳粉,有效解决上述问题.本文通过数值模拟和水力学模拟实验研究了金属熔池内埋入式气体喷吹和气–固喷吹的冲击特征规律.熔池内射流水平和竖直冲击深度随气体喷吹流量增加而增加,而当气体喷吹流量一定时,随着喷枪安装角度的增大,熔池内射流竖直冲击深度增加,而水平冲击深度减少.同时发现,粉剂颗粒提高了气体射流的冲击动能,增加了气体射流的冲击穿透深度.

关键词：电弧炉炼钢埋入式气–固喷吹冲击特性数值模拟水模型实验

拉瓦尔喷管结构模式对超音速射流流动特性的影响

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工程科学学报 2020年第S01期42卷 54-59页

作者：刘福海朱荣董凯魏光升李易霖北京科技大学国家材料服役安全科学中心北京100083 北京科技大学流体与材料相互作用教育部重点实验室北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

首先对喷管内流动特性进行了研究,结果表明传统拉瓦尔喷管在喷管内部易形成大量明显的波系结构,抑制了超音速氧气射流的初始冲击效果,而利用特征线设计的曲线拉瓦尔喷管可有效解决该问题.其次,分析了不同供氧流量下,传统拉瓦尔喷管及曲... 详细信息

首先对喷管内流动特性进行了研究,结果表明传统拉瓦尔喷管在喷管内部易形成大量明显的波系结构,抑制了超音速氧气射流的初始冲击效果,而利用特征线设计的曲线拉瓦尔喷管可有效解决该问题.其次,分析了不同供氧流量下,传统拉瓦尔喷管及曲线拉瓦尔喷管在高温条件下的射流马赫数分布、动压及射流卷吸特性.研究结果表明基于特征线法设计的曲线拉瓦尔喷管应用于转炉氧枪喷头时,可延长氧气射流核心段长度,增大氧气射流对熔池的搅拌能力,并提高氧气在熔池内的传质效果.

关键词：超音速射流拉瓦尔管激波数值模拟

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炼钢过程气-固混合喷射动力学特性研究

炼钢 2021年第1期37卷 1-7,22页

作者：魏光升朱荣田博涵北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

气-固喷射技术改变了传统冶金物料加入方法,粉气流通常以高速射流的形式射入熔池内部,不仅能够高效供给冶金反应介质,也可以大幅度强化熔池搅拌,为冶炼创造良好的热力学、动力学条件。建立了气-固混合喷射数值模拟模型,通过气-固混合喷... 详细信息

气-固喷射技术改变了传统冶金物料加入方法,粉气流通常以高速射流的形式射入熔池内部,不仅能够高效供给冶金反应介质,也可以大幅度强化熔池搅拌,为冶炼创造良好的热力学、动力学条件。建立了气-固混合喷射数值模拟模型,通过气-固混合喷射冷态试验进行验证;分析了炼钢过程气-固混合喷射的动力学特性。结果表明,采用气-固混合可有效提高射流核心段长度,降低气流速度的衰减。同时,喷粉速率的增大会导致气-固混合射流的粉气流速度逐步降低,射流核心段长度增加,且射流后半段粉气流速度衰减速度降低;粉剂粒度的增加会导致喷嘴出口气体速度最大值增加,粉粒的最大速度降低,射流核心段气体速度与粉剂速度间的差距加大。

关键词：气-固喷射炼钢动力学特性数值模拟

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电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术

炼钢 2018年第1期34卷 10-19页

作者：朱荣魏光升唐天平北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083北京100083 北京科技大学高端金属材料特种熔炼与制备北京市重点实验室北京100083

从电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术出发,结合国内外应用及研究现状,介绍并分析了废钢破碎分选、电弧炉炼钢复合吹炼、气-固喷吹、质量分析监控及成本控制、CO2在电弧炉炼钢流程的应用等洁净化冶炼关键技术的创新与发展状况。指出加快电弧... 详细信息

从电弧炉炼钢流程洁净化冶炼技术出发,结合国内外应用及研究现状,介绍并分析了废钢破碎分选、电弧炉炼钢复合吹炼、气-固喷吹、质量分析监控及成本控制、CO2在电弧炉炼钢流程的应用等洁净化冶炼关键技术的创新与发展状况。指出加快电弧炉炼钢流程技术创新,特别是洁净化冶炼技术的完善与突破,构建电弧炉炼钢流程洁净化生产平台,提升电弧炉炼钢流程产品质量和竞争力,将是未来电弧炉炼钢的发展方向。

关键词：电弧炉炼钢洁净化复合吹炼气-固喷吹二氧化碳