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铁钢界面铁水罐多功能化技术中的尾罐效应

钢铁 2021年第4期56卷 122-129页

作者：韩伟刚胡长庆沙远洋华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 首钢京唐钢铁联合有限责任公司河北唐山063200

针对钢铁制造流程铁钢界面铁水罐多功能化技术中存在的尾罐问题,首先系统阐述了尾罐现象产生的原因及其度量,随后提出尾罐效应的概念并从统计学角度分析了尾罐效应的数学特征,最后根据首钢京唐钢铁公司铁钢界面生产实绩数据,对铁水罐多... 详细信息

针对钢铁制造流程铁钢界面铁水罐多功能化技术中存在的尾罐问题,首先系统阐述了尾罐现象产生的原因及其度量,随后提出尾罐效应的概念并从统计学角度分析了尾罐效应的数学特征,最后根据首钢京唐钢铁公司铁钢界面生产实绩数据,对铁水罐多功能化技术中的尾罐效应进行实证研究。结果表明,首钢京唐某月尾罐率为29.45%,尾罐效应主要体现在尾罐运行时间的延长、到站铁水温度的降低,以及由此带来的转炉氧气消耗量的增加等方面,铁水罐非尾罐和尾罐的受铁时间和周转时间均值分别相差81和42min,KR脱硫站进站、脱磷转炉兑铁和脱碳转炉兑铁的铁水温度均值分别相差27、22和24℃,脱磷转炉和脱碳转炉的氧气消耗分别相差109和199m^(3)。

关键词：铁钢界面界面技术铁水罐多功能化尾罐脱碳

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铁钢界面铁水转运过程温降研究

铁钢界面铁水转运过程温降研究

作者：安洪宝内蒙古科技大学

学位级别：硕士

鱼雷罐与铁水包转运铁水是连接高炉与转炉的重要工序,两种容器转运过程中铁水的温降将直接影响后续工作的进行。如果能够预测鱼雷罐与铁水包内铁水的温降规律,建立铁水温降预测模型,优化转运过程的调度工作,将会大大降低能源的消耗。铁... 详细信息

鱼雷罐与铁水包转运铁水是连接高炉与转炉的重要工序,两种容器转运过程中铁水的温降将直接影响后续工作的进行。如果能够预测鱼雷罐与铁水包内铁水的温降规律,建立铁水温降预测模型,优化转运过程的调度工作,将会大大降低能源的消耗。铁钢界面铁水转运过程中,存在较多影响铁水温降的因素,因此本文从鱼雷罐和铁水包散热角度建立起环境、容器、转运时长等多因素对铁水温度的影响,进而获取铁水温降预测模型。本研究考虑到鱼雷罐和铁水包运输时间较长,容器的热周转过程对铁水温降有较大影响,通过APDL法建立一维的鱼雷罐与铁水包耐火材料散热模型,获取铁水在不同时长、不同容器热周转条件、不同容器间的定量散热数据,通过热平衡的思想考虑其他因素对铁水传热的影响,获取铁水转运过程中的铁水温降。根据现场生产条件,鱼雷罐考虑了空罐时间、重罐时间、铁水初始温度、鱼雷罐周转次数以及环境温度等因素,铁水包考虑了空包时间、重包时间以及铁水包周转次数等因素,模拟工况超过了3500种。然后通过控制变量的方法研究了各个因素对温降的影响规律以及影响的大小,找出各个变量与温降的关系,最终确定铁水温降预测模型的方程形式,利用编程方程形式对数据进行多因素拟合,得出铁水温降预测模型。研究结果表明,鱼雷罐铁水温降主要与空罐时间、重罐时间、铁水初始温度以及鱼雷罐周转次数有关,其中重罐时间对铁水温降影响最大,其次是空罐时间,铁水初始温度和鱼雷罐周转次数的影响相对较弱,环境温度对鱼雷罐铁水温降的影响较小。重罐时间每增大1小时,温降会增大21℃左右;空罐时间每增大1小时,温降会增大11℃左右;铁水初始温度每增大100℃,重罐过程中铁水温降会增大5.7℃左右。铁水包铁水温降主要与空包时间、重包时间以及铁水包周转次数有关,其中重包时间对铁水温降影响最大,其次是空包时间、铁水包周转次数。其中空包时间每增大1分钟,铁水温降增大0.4℃左右,重包时间每增大1分钟,铁水温降增大0.6℃左右。通过铁水转运过程铁水温降研究,获知铁水转运过程中的关键环节,可以开展有针对性的保温提升措施;获取的铁水温降预测模型,对铁钢界面能效提升、合理提高铁水转运效率具有重要的意义。

关键词：铁钢界面鱼雷罐铁水包温降预测数值模拟

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铁钢界面铁水成分差异分析

河北冶金 2024年第2期 18-21页

作者：沙远洋韩伟刚李帅兵安钢吉立鹏首钢京唐钢铁联合有限公司河北唐山063200 华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

成分是钢铁制造流程铁钢界面物质流运行的关键参数之一,目前钢铁企业普遍存在炼铁和炼钢工序测得的铁水成分存在差异的问题,并由此导致脱硫站脱硫剂消耗量大、处理周期长、生产成本高。针对首钢京唐铁钢界面“一包到底”技术应用过程中... 详细信息

成分是钢铁制造流程铁钢界面物质流运行的关键参数之一,目前钢铁企业普遍存在炼铁和炼钢工序测得的铁水成分存在差异的问题,并由此导致脱硫站脱硫剂消耗量大、处理周期长、生产成本高。针对首钢京唐铁钢界面“一包到底”技术应用过程中铁水成分存在差异的问题,结合实际生产数据,统计了铁水成分差异的现状,并从生产工艺、检测方法等方面分析了差异形成的原因。结果表明,高炉与脱硫站测得的铁水Si含量绝对偏差平均为0.06%,S含量绝对偏差平均为0.024%,炼铁测得的铁水成分对脱硫和炼钢的参考性有限;铁水包装入多个铁次的铁水、高炉出铁过程铁水取样方法不科学、铁水转运过程部分元素与空气发生氧化反应及个别铁水样品中夹杂有炉渣,是造成铁钢界面铁水成分差异的主要原因。指出,钢铁企业应通过优化高炉出铁操作制度、改进铁水取样方法、加强铁水包管理、加强取样探头质量管理和建设沿途铁水快速取样装置等措施,解决铁钢界面铁水成分差异问题。

关键词：铁钢界面一包到底铁水预处理铁水成分脱硫

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邯钢新区铁钢界面汽车“一罐到底”运行实践

炼钢 2024年

作者：刘志朝程子波王宗德河钢集团邯钢公司新区生产制造部

河钢集团邯钢新区系邯钢东区退城整合搬迁项目，受山区地形及土地面积限制，该项目采用紧凑式布局，高炉到转炉最近距离450 m，吨钢占地面积仅0.3 m2，铁钢界面采用汽车“一罐到底”模式进行铁水驳运，铁水罐受铁完毕后10 min即可拉到... 详细信息

河钢集团邯钢新区系邯钢东区退城整合搬迁项目，受山区地形及土地面积限制，该项目采用紧凑式布局，高炉到转炉最近距离450 m，吨钢占地面积仅0.3 m2，铁钢界面采用汽车“一罐到底”模式进行铁水驳运，铁水罐受铁完毕后10 min即可拉到炼钢生产，并运用了数字、物联网等新技术加以辅助，经过投产以来的改进优化，新区铁水罐周转率达到7.0次/日、进炼钢铁水温度1 440℃、“一罐到底”比例99%，较搬迁前分别提高4.0次/日、98℃、39百分点；铁水温降降低到82℃，较搬迁前减少81℃，界面热量损耗大幅降低，为炼钢工序增钢降耗创造了有利条件，符合国家节能减排的理念，对行业“双碳”战略具有一定借鉴意义。

关键词：铁钢界面紧凑式一罐到底铁水罐周转率铁水温降

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铁钢界面数据集市的建立与应用开发

铁钢界面数据集市的建立与应用开发

作者：石少元内蒙古科技大学

学位级别：硕士

目前,钢铁企业数据平台主要还是以供销、规划和财务等为企业提供运营服务和数据支撑的实际应用居多。虽然发展工业大数据技术与积极推进钢铁企业智能制造转型正在如火如荼的进行,但“工业与制造”的色彩始终较少。主要由于钢铁生产是长... 详细信息

目前,钢铁企业数据平台主要还是以供销、规划和财务等为企业提供运营服务和数据支撑的实际应用居多。虽然发展工业大数据技术与积极推进钢铁企业智能制造转型正在如火如荼的进行,但“工业与制造”的色彩始终较少。主要由于钢铁生产是长流程工业,且生产工序众多,企业内部根据业务需求建立了多种数据系统,每个数据系统中数据的维护和存储方式也不同,因此阻碍了冶炼工艺全流程下各工序数据的流动和融合,使不同业务的数据系统形成了“数据孤岛”。针对上述问题,基于国内某钢铁企业铁钢界面的数据,建立了以高炉-转炉区段工艺过程为主题的铁钢界面数据集市,实现各冶炼工艺系统下的数据融合。首先,对从高炉到转炉的界面数据进行了收集,对数据涉及到的工序、铁水和设备建立了关系模型,通过关系型数据库,根据模型提供的依赖与约束关系,实现数据表之间对照和映射关系的建立,使铁钢界面各系统的数据构成完整的数据链条,以此将铁钢界面不同工艺系统之间的数据进行融合,使其集成在同一个平台下,形成针对铁钢界面这一特定业务的数据集市。其次,根据现场人员的业务需求,对数据集市的应用功能进行了设计与开发,包括对铁水成钢后的工序历程追溯功能、鱼雷罐车运行线路和情况的查询功能、工艺对铁水进行处理时长的查询功能、对铁水的温降及其影响因素的统计功能和报表功能等。最后,基于数据集市对该钢铁企业3～5年内的信息输出,给出了几个重要因素对温降影响的具体规律:重罐时长一般在200到380分钟,与温降呈二次项关系,重罐时间每延长一分钟,平均温降增加约0.12℃;空罐时长一般在200到350分钟,与温降呈线性关系,空罐时间每延长一分钟,平均温降增加约0.11℃;二次受铁时长一般在30到55分钟,与温降呈线性关系,二次受铁时间每延长一分钟,平均温降增加约1℃。铁钢界面数据集市的建立使得各系统数据之间实现互联互通,可以输出精确的统计结果和改进措施,可以为大数据分析和智能化模型提供良好的数据平台。

关键词：冶金工艺铁钢界面工业数据数据集市温降

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铁钢界面铁水温降行为的研究现状

河北冶金 2023年第11期 1-6页

作者：潘苗苗韩伟刚石焱李帅兵易泽川姚弈枫华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063000

节能降耗是钢铁企业长期发展的核心内容,高温铁水作为钢铁制造流程中能量流的载体,其温度是保障钢铁产品质量的关键因素之一,降低铁水温降是减少钢铁生产成本的有效途径,因此研究铁钢界面铁水温降对钢铁行业节能减排、降低成本意义重大... 详细信息

节能降耗是钢铁企业长期发展的核心内容,高温铁水作为钢铁制造流程中能量流的载体,其温度是保障钢铁产品质量的关键因素之一,降低铁水温降是减少钢铁生产成本的有效途径,因此研究铁钢界面铁水温降对钢铁行业节能减排、降低成本意义重大。综述了铁钢界面铁水温降机理和影响因素,指出铁钢界面铁水温降主要集中在高炉出铁和铁水运输过程中。高炉出铁过程中高温铁水与低温环境之间的对流换热,可通过铁水沟加盖、加铁水覆盖剂、添加耐火隔热涂层及减少堵口开放时间等措施减少温降;铁水运输过程中铁水与空气之间的对流换热、辐射换热以及铁水与铁水承载容器之间的传导传热,可通过优化铁水运输方式、提高铁水承载容器周转率等措施减少温降;其中,增加保温措施是降低铁钢界面铁水温降的关键,采用纳米隔热材料进行保温,可进一步减少铁钢界面铁水温降。同时指出,加强对包盖材料的研究和优化,研发出保温效果好、耐高温能力强的新型包盖材料,是进一步减少铁水温降的研发方向。

关键词：铁钢界面温降节能减排出铁时间铁水运输保温周转率

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铁钢界面铁水温降及节能研究

铁钢界面铁水温降及节能研究

作者：裴群武东北大学

学位级别：硕士

在钢铁生产中,铁钢界面是连接炼铁与炼钢两大部分的重要桥梁,起着承上启下的作用,同时也是生产流程中的关键区间段。近年来,诸多科研人员对铁钢界面的热损流向进行了广泛的研究,但研究主要集中在某单一设备或工序,没有形成整体化、系统... 详细信息

在钢铁生产中,铁钢界面是连接炼铁与炼钢两大部分的重要桥梁,起着承上启下的作用,同时也是生产流程中的关键区间段。近年来,诸多科研人员对铁钢界面的热损流向进行了广泛的研究,但研究主要集中在某单一设备或工序,没有形成整体化、系统化的体系。为此,本文选择铁钢区段工艺技术界面进行热状态分析,旨在为该区段的优化与节能提供一些有益的支持。本课题以320吨鱼雷罐车与兑铁包为研究对象,借助SolidWorks、ICEM及Fluent等软件进行模型建造、网格划分及模拟运算,并结合现场热测试数据,分析对比了鱼雷罐车改造前后的各阶段的热状态变化情况,为铁钢界面铁水温降及节能研究提供了相应的理论与技术支持。对于烘烤阶段:常规鱼雷罐车各层罐衬在烘烤阶段总的蓄热量约为8.94×104 MJ,其中工作层蓄热约占罐衬总热量的84.02%。在常规鱼雷罐的基础上,对永久层进行改造,添加纳米型保温板或硅酸镁型保温板可使烘烤速率加快,约可提前5h和2h完成烘烤作业,罐壳表面温度降低约57℃和41℃,罐体热量约提高1.17×104MJ和0.34×104 MJ。对于受铁阶段:铁水温降曲线的宏观趋势为铁水与鱼雷罐车首先接触时温度急速下降,后逐渐趋于稳定,最后阶段有小幅度稳定上升的过程。在常规鱼雷罐的基础上,对永久层进行改造,纳米保温板或硅酸镁保温板可使铁水温度提高约1.38℃和0.99℃,总蓄热量约提高0.98×104MJ和0.30×104MJ,由于罐体蓄热引起的铁水热损相对减少。对于重罐运输阶段:圆台段、圆柱段、耳轴段与罐口处,四者热损失占比约为51.12%、35.03%、3.93%与9.92%,其中圆台段热量损失占比最大。对永久层进行改造,添加纳米保温板或硅酸镁保温板可使铁水温度提高约3.12℃和2.06℃,总蓄热量约提高0.97×104MJ 和 0.27×104MJ,蓄热增加量约降低 0.10×103MJ 和 0.10×103MJ。对于重罐静置阶段:圆台段、圆柱段、耳轴段与罐口处,四者热损失占比约为47.73%、30.42%、6.63%与15.22%,其中圆台段热量损失占比最大。对永久层进行改造,添加纳米型保温板及硅酸镁保温板可使铁水温度约提高4.05℃和3.02℃,总蓄热量约提高0.97×104MJ 和 0.28×104MJ,蓄热增加量约降低 0.10×103MJ 和 0.20×103MJ。对于空罐阶段:对于常规鱼雷罐车,罐口与罐壳分别约占总散热热损的52.11%和47.89%。添加纳米保温板或硅酸镁保温板,与常规鱼雷罐加盖时对比,可使内壁面温度提高约48.46℃和23.30℃。与常规型鱼雷罐车无盖时对比,添加纳米保温板及硅酸镁保温板可使内壁面温度约提高54.97℃和20.36℃。其中加盖情形下的改进型鱼雷罐车与无盖常规型鱼雷罐车进行对比,内壁面温度约提升91.14℃和66.18℃。对于无盖情况,硅酸镁型鱼雷罐车与纳米型鱼雷罐车相较于常规型鱼雷罐车罐壳表面温度分别降低约42.67℃和59.92℃;对于加盖的情况,分别降低约48.02℃和63.59℃。整个流程的铁水温降幅度大小与受铁铁水温度成正比。受铁温度为1440℃、1460℃、1480℃、1500℃与 1520℃ 时,各阶段温降总值分别约为 102.30℃、105.64℃、108.76℃、112.43℃与115.61℃。在初始受铁铁水温度较高时,有必要提高初始烘烤温度,降低铁水热量损失。硅酸镁鱼雷罐车返回包各阶段铁水温度始终高于常规型鱼雷罐车,硅酸镁鱼雷罐车加盖返回包与常规型鱼雷罐车无盖返回包相比,整个阶段铁水温度约提高5.62℃。

关键词：铁钢界面鱼雷罐车热特性温降节能

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铁钢界面温降碳析出高价值利用技术研究

铁钢界面温降碳析出高价值利用技术研究

作者：徐凯东北大学

学位级别：硕士

钢铁行业属于能源密集型和资源密集型产业,由于生产规模庞大与工艺流程复杂,钢铁厂含铁氧化物固体废弃物产生量十分巨大,而且处理起来费用很高。在铁钢界面,铁水在通过鱼雷罐车运输过程中,由于耗时较长会产生很大的温降,随着铁水温度下... 详细信息

钢铁行业属于能源密集型和资源密集型产业,由于生产规模庞大与工艺流程复杂,钢铁厂含铁氧化物固体废弃物产生量十分巨大,而且处理起来费用很高。在铁钢界面,铁水在通过鱼雷罐车运输过程中,由于耗时较长会产生很大的温降,随着铁水温度下降,铁水中的碳会过饱和析出形成片状石墨,漂浮在空气中危害很大。为了解决铁钢界面碳析出造成的环境污染问题,同时能够将钢铁厂的固废利用起来,本文研究在鱼雷罐车内加入含铁氧化物固废,利用铁水中本应该析出的碳还原固废中的铁氧化物,在回收铁的同时对铁水进行降碳。本文在鱼雷罐车的初始操作条件下通过热力学计算研究确定了铁水中碳和硅优先氧化的规律,结果表明Si、C氧化反应的转化温度为1477℃,即当温度高于此温度时,碳优先氧化,但当温度低于此温度时,铁水中的Si优先氧化。在实验室条件下,选择转炉LT除尘灰、轧钢氧化铁皮、高炉灰、电炉灰和转炉二次灰五种含氧化铁固废作为氧化剂,在不同加料顺序、不同加入量、不同的温度下分别进行铁水降碳实验,探究钢铁厂含铁氧化物固废在铁水降碳方面的应用效果。实验结果表明粉状除尘灰反应比较剧烈,喷溅现象比较严重,除尘灰利用率仅有75%左右;LT除尘灰和电炉灰在铁水降碳和铁回收方面效果较好,高炉灰本身含有较高的C,使铁水中C质量分数不降反增,不宜直接应用;转炉二次灰铁氧化物含量较低,降碳效果不佳,加入2%～5%的块状转炉二次灰,铁水中C质量分数仅能降低0.05%～0.12%。进一步基于高温实验,针对运输铁水的鱼雷罐车体系建立了物料平衡热平衡静态模型,通过计算确定了不同的含铁氧化物固废及不同的加入量对铁水的降碳量、增铁量、产生渣量、产生气体量和最终铁水温度的影响。计算结果表明鱼类罐车内加入废钢可以降低铁水温降碳析出量,并可以显著提高铁水产量,但同时会使铁水产生一定的温降;采用废钢与含铁氧化物固废配合工艺优于只加废钢或只加固废工艺,不仅可将铁水温降析出的碳全部利用,减少废气和渣的产生量,并且还可以回收废钢与固废中的铁,大大提高铁水产量;通过以钢铁厂五种含铁氧化物为原料进行分析,应用效果较佳的含铁氧化物固废为:LT除尘灰和电炉灰。

关键词：铁钢界面碳饱和溶解度铁水降碳铁水脱硅含铁氧化物固废利用

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钢铁制造流程铁钢界面时间参数“涨落”特征

钢铁 2021年第1期56卷 120-126,132页

作者：韩伟刚胡长庆孙雨含路祎帆马居安华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

时间是钢铁制造流程物质流的基本参数之一,研究其"涨落"特征对钢铁制造流程的动态有序运行、动态精准设计和结构重构优化具有重要意义。以钢铁制造流程铁钢界面为例,采用以中位数和稳健变异系数为主要指标的稳健统计方法,对物质流运行... 详细信息

时间是钢铁制造流程物质流的基本参数之一,研究其"涨落"特征对钢铁制造流程的动态有序运行、动态精准设计和结构重构优化具有重要意义。以钢铁制造流程铁钢界面为例,采用以中位数和稳健变异系数为主要指标的稳健统计方法,对物质流运行过程各环节时间的集中性和离散性特征及其影响因素进行深入分析。研究结果表明,铁钢界面物质流运行过程中,各作业环节的时间集中性指标和离散性指标的差异均较大,主要与作业内容和主体独立性有关;而各等待环节的时间集中性指标差异较大而离散性指标差异较小,主要受系统结构及生产组织的综合影响。工序自身生产特点、流程静态物理结构和物质流动态运行程序是影响钢铁制造流程多维物质流时间参数"涨落"特征的主要因素。

关键词：钢铁制造流程铁钢界面多维物质流时间稳健统计方法