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基于耦合反应机理的转炉冶炼模型

钢铁 2024年第8期59卷 40-49页

作者：张强杨勇戴雨翔林路钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

转炉内部发生着复杂的多元多相耦合反应,由于静态控制模型只能考虑转炉冶炼过程的始态和末态,无法获知整个冶炼过程中连续的熔池钢水成分和温度变化情况,导致难以对转炉炼钢终点进行精确控制,因此转炉冶炼过程的机理模型搭建对实际生产... 详细信息

转炉内部发生着复杂的多元多相耦合反应,由于静态控制模型只能考虑转炉冶炼过程的始态和末态,无法获知整个冶炼过程中连续的熔池钢水成分和温度变化情况,导致难以对转炉炼钢终点进行精确控制,因此转炉冶炼过程的机理模型搭建对实际生产具有重要的指导意义。在静态模型的基础上基于耦合反应机理建立了转炉冶炼过程模型,并使用C#语言编写了能够用于模型计算的软件。该模型可以计算出冶炼过程中所需造渣剂、冷却剂和耗氧量等,并可以计算熔池温度、熔池成分和熔渣成分随吹炼时间的变化,对钢水终点温度、成分以及熔渣成分进行较为精准地预测。通过改变模型的操作参数,研究了不同供氧强度对脱碳速率的影响和底吹氩气流量对脱磷速率的影响。研究结果表明,供氧强度的变化对脱碳过程前期和中期的影响较为明显,对脱碳过程后期影响较小。底吹氩气流量的增大对脱磷过程前期的影响较大,可以增加脱磷反应的速率,但随着氩气流量的增加,渣中的FeO含量降低,导致脱磷速率降低。通过对比某钢厂转炉100炉实际数据与模型计算结果发现,钢水终点碳质量分数偏差为-0.02%~0.02%的命中率为89%,终点钢水温度偏差为(t±10)℃的命中率为83.0%,实际测量数据和理论计算值在一定范围内的偏差较小,具有指导实践生产的意义。

关键词：转炉冶炼终点控制机理模型耦合反应动力学

影响复吹转炉钢液碳氧积的机理分析与应用实践

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钢铁 2024年第4期59卷 74-84页

作者：蔡伟吴巍杨利彬王杰钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

洁净钢生产是当代炼钢技术发展的主要方向,钢液碳氧积w([C])×w([O])一直是转炉炼钢特别重要的指标,也是冶金科研工作者重点关注的方向。近年来复吹转炉钢液碳氧积屡创新低,业内对碳氧积实际控制水平、钢液检化验数据颇有异议。基于经... 详细信息

洁净钢生产是当代炼钢技术发展的主要方向,钢液碳氧积w([C])×w([O])一直是转炉炼钢特别重要的指标,也是冶金科研工作者重点关注的方向。近年来复吹转炉钢液碳氧积屡创新低,业内对碳氧积实际控制水平、钢液检化验数据颇有异议。基于经典碳氧平衡公式,分析了钢液组分对碳氧反应的活度系数影响、乳化区“钢液-气相”反应界面气相组分的热力学影响、钢液温度对碳氧反应平衡的影响、高效底吹冶炼技术和冶炼终点后搅技术对碳氧积的影响,探讨了全要素影响复吹转炉钢液碳氧积的机理和应用实践。研究结果表明,热力学分析复吹转炉钢液碳氧积平衡极限时需分析碳氧活度系数、碳氧反应吉布斯自由能、PCO/(PCO+P_(CO_(2)))(碳氧反应CO占比)和PCO/(PCO+P_(Ar/N_(2)))(气相组分中CO实际氧分压)。脱碳速率较低时PCO/(PCO+P_(Ar/N_(2)))理论值可降至0.80甚至更低;转炉底吹效果是影响钢液碳氧积的主要因素,顶吹转炉、平炉熔池内钢液均因未得到充分混匀搅拌致使碳氧反应远未达到平衡,碳氧积可达0.004 0,而底吹有较好动力学条件使钢液碳氧积更加趋近平衡值,大流量高强度后搅工艺可使钢液碳氧积进一步降低;温度是影响钢液碳氧反应平衡值的次要因素,低温有利于降低碳氧反应吉布斯自由能,温度每增加50℃,(a_([C])×a_([O]))/P_(CO)(碳氧反应活度比)增加0.000 1,低温有利于降低PCO/(PCO+P_(CO_(2)))。控制钢液碳氧积的关键为转炉冶炼终点控制和提枪等待后搅拌工艺。

关键词：复吹转炉碳氧平衡碳氧积反应机理活度系数

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10Ni5CrMoV厚板连续差温轧制工艺

钢铁 2024年第7期59卷 94-101页

作者：王宝山王卫卫张宏亮张翔博冯光宏钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

厚板是船舶、化工、高压管道、压力容器等行业必需的钢材品种,但在轧制成形时由于心部变形不充分,导致内部孔洞难以压合,存在心部力学性能偏低、厚度方向上性能不均匀的问题。以10Ni5CrMoV厚板为例,研究了其在差温轧制工艺下的变形规律... 详细信息

厚板是船舶、化工、高压管道、压力容器等行业必需的钢材品种,但在轧制成形时由于心部变形不充分,导致内部孔洞难以压合,存在心部力学性能偏低、厚度方向上性能不均匀的问题。以10Ni5CrMoV厚板为例,研究了其在差温轧制工艺下的变形规律,目的是解决厚板心部变形不足的问题,为差温轧制在厚板成形中的应用提供理论依据。首先通过Gleeble热压缩试验测定了10Ni5CrMoV钢的高温真实应力-真实应变曲线,建立了10Ni5CrMoV钢的本构方程,基于此本构模型,应用有限元方法进行了10Ni5CrMoV厚板5道次轧制过程的数值模拟,分析了心-表温度分布规律和应变分布规律,并进行了轧制验证试验,对比了不同轧制工艺下厚度方向上的变形及组织均匀性。结果表明,当5道次轧制的总变形量为58.3%时,与均温轧制相比,连续差温轧制和首道次差温轧制10Ni5CrMoV厚板心部的等效塑性应变分别提高了5.40%和1.04%,连续差温轧制工艺最有利于心部变形,但是,需要进行道次间冷却才能维持厚板差温轧制所需的心表大温差的温度分布状态。10Ni5CrMoV厚板变形均匀程度依次为连续差温轧制>首道次差温轧制>均温轧制,连续差温轧制后内部晶粒明显细化、组织更均匀。连续差温轧制能有效促进变形向厚板心部渗透,这对均匀化组织、提高力学性能、改善质量具有重要意义。

关键词：厚板本构模型 10Ni5CrMoV钢差温轧制工艺有限元模拟

20CrMnTiH齿轮钢在BOF-LF-RH-CC流程中的夹杂物演变

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中国冶金 2024年第1期34卷 36-43,60页

作者：苑一波杨利彬赵进宣汪成义钢铁研究总院有限公司冶金工艺所北京100081

某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全... 详细信息

某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全过程的取样,并通过电镜、夹杂物自动扫描分析系统结合热力学计算,研究了氧化物夹杂的演变规律及机理。研究结果表明,在LF精炼后期的喂硫线工序,钢液存在二次氧化现象;精炼过程氧化物夹杂的演变规律为,纯Al_(2)O_(3)夹杂物→镁铝尖晶石和部分Al_(2)O_(3)-MgO-CaO复合夹杂物→钙处理后转变为Al_(2)O_(3)-MgO-CaO和Al_(2)O_(3)-CaO复合夹杂物→喂硫线后产生大量Al_(2)O_(3)-MgO-CaO-CaS和Al_(2)O_(3)-CaO-CaS类复合夹杂物。通过试验及热力学计算发现,现阶段的钙处理过程中钙含量略低于12CaO·7Al_(2)O_(3)(C12A7)的析出条件。为将Al_(2)O_(3)夹杂物尽可能变性成C12A7夹杂物,达到理想的钙处理效果,同时节约成本,钙处理过程所需钙质量分数应控制在0.00226%~0.00300%。喂硫线之后的钢液成分很容易满足CaS夹杂物的析出条件,生产过程应延长喂钙线与喂硫线之间的时间,在钙含量降低后再喂入硫线,后序可将喂硫线工序移至RH精炼中,以减少CaS夹杂物的生成。本研究为工业生产过程中提高含硫齿轮钢的洁净度提供了理论基础。

关键词： 20CrMnTiH齿轮钢非金属氧化物夹杂精炼全过程钙处理演变

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转炉炼钢自动控制技术发展及展望

中国冶金 2024年第4期34卷 10-23页

作者：蔡伟吴巍杨利彬林路钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

转炉炼钢工序通过设备机械化、控制程序化实现了生产过程的部分自动化操作。将生产工艺技术与机理分析、检测技术和信息技术等进行深度融合是提升钢铁行业整体创新能力和产品竞争力的有力手段,转炉冶炼过程自动控制技术的规范化、自动... 详细信息

转炉炼钢工序通过设备机械化、控制程序化实现了生产过程的部分自动化操作。将生产工艺技术与机理分析、检测技术和信息技术等进行深度融合是提升钢铁行业整体创新能力和产品竞争力的有力手段,转炉冶炼过程自动控制技术的规范化、自动化、智能化和集成化是必然发展趋势。概述了转炉炼钢自动控制技术的国内外发展状况,对转炉自动控制系统、冶炼过程计算模型、冶炼终点碳温控制和预测模型及炉渣泡沫化预测模型的应用情况进行了梳理,着重总结了上述技术的应用现状和发展方向,并展望了转炉自动化炼钢发展途径及前景,为后续转炉炼钢自动化技术提升提供参考。

关键词：转炉炼钢自动化智能化控制模型集成技术

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铁水包脱磷工艺优化与工业试验

中国冶金 2024年第2期34卷 108-116页

作者：冯梦龙林路姚同路李相臣何赛钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

随着优质矿产逐渐减少,低品质铁矿的使用使得脱磷任务加重,如何实现高效稳定的铁水预处理脱磷是炼钢技术研究者普遍关注的问题。采用工业数据分析、X射线荧光分析、直读光谱仪分析等方法,对某不锈钢厂铁水包脱磷工艺脱磷率、物料消耗、... 详细信息

随着优质矿产逐渐减少,低品质铁矿的使用使得脱磷任务加重,如何实现高效稳定的铁水预处理脱磷是炼钢技术研究者普遍关注的问题。采用工业数据分析、X射线荧光分析、直读光谱仪分析等方法,对某不锈钢厂铁水包脱磷工艺脱磷率、物料消耗、渣系成分进行分析;结合FactSage热力学计算、正交试验,炉渣矿相与成分分析等方法优化铁水包脱磷造渣供氧工艺,并进行工艺试验对比。结果表明,工艺优化前脱磷率低、不稳定,物料消耗偏多,炉渣流动性差,碱度偏低;通过增大氧气流量、调整辅料加入制度,优化后炉渣熔点降低、未熔石灰含量减少,炉渣形成了更多的Ca_(2)SiO_(4)(C_(2)S)相,利于富磷相形成;终点脱磷渣的平均脱磷率为93.2%,较优化前提高了5.7个百分点,炉渣的磷分配比(LP)增大,平均lg LP为4.11,较优化前提高了23%。工艺优化后吨铁石灰消耗量减少4.37 kg,氧化铁皮消耗量减少5.12 kg,化渣剂消耗量减少0.54 kg,氧气消耗量增加0.73 m^(3),总体辅料消耗成本降低,符合高效稳定、绿色低碳生产,对钢铁企业提升自身产品竞争力具有重要意义。

关键词：铁水包脱磷工艺优化工业试验炉渣物相物料消耗

时效处理对冷锻Co-Cr-W-Ni-Mo合金组织演变及强韧性影响

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2223-2231页

作者：王中琳龚志华李权包汉生内蒙古科技大学材料与冶金学院钢铁研究总院特殊钢研究院

对冷锻Co-Cr-W-Ni-Mo合金进行了400～900℃时效处理，结合扫描电镜、透射电镜、XRD及化学相分析等手段研究了Co-Cr-W-Ni-Mo合金在时效过程中碳化物、亚结构、hcp相及层错演变，并分析了其变化对强韧性的影响。结果表明：合金经600℃时效... 详细信息

对冷锻Co-Cr-W-Ni-Mo合金进行了400～900℃时效处理，结合扫描电镜、透射电镜、XRD及化学相分析等手段研究了Co-Cr-W-Ni-Mo合金在时效过程中碳化物、亚结构、hcp相及层错演变，并分析了其变化对强韧性的影响。结果表明：合金经600℃时效2 h具有高的强度及硬度、同时保持较好的塑性及韧性，时效后析出M23C6及M6C两种碳化物，M23C6的析出温度范围为600～800℃，M6C开始明显析出的温度为700℃，碳化物的析出导致强度硬度升高，但900℃大量M6C呈网状沿晶界和变形带析出会同时降低强度及塑性。600℃时效时fcc相通过形成层错降低能量保持稳定性从而使层错密度增加而提高强度及塑性。hcp相在800℃时效后逆转变为fcc相使应变诱导马氏体转变强化效果消失，同时在此温度下发生再结晶导致冷变形组织消失使强度进一步下降，该合金的再结晶形核机制为凸出机制、亚晶界迁移及亚晶合并3种形核机制共同作用。

关键词：钴基高温合金时效处理力学性能亚结构层错

取向硅钢热轧板中纤维织构及Goss织构的形成和演变

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材料导报 2024年第S1期38卷 466-472页

作者：邹翔刘清友仇圣桃钢铁研究总院北京100081

在热轧过程中,取向硅钢热轧板形成了不均匀的微观组织和织构梯度,其中热轧板表层和次表层中的Goss织构对取向硅钢的磁性能有重要影响。因此,热轧板微观组织和织构沿厚度方向的形成和演变,特别是Goss织构的形成,仍然是一个值得讨论的课... 详细信息

在热轧过程中,取向硅钢热轧板形成了不均匀的微观组织和织构梯度,其中热轧板表层和次表层中的Goss织构对取向硅钢的磁性能有重要影响。因此,热轧板微观组织和织构沿厚度方向的形成和演变,特别是Goss织构的形成,仍然是一个值得讨论的课题。为了研究热轧板组织和织构的形成及其演变,使用光学显微镜和扫描电镜(SEM-EBSD)观察了热轧板不同厚度层(表层、次表层和中心层)组织,研究了热轧板组织形貌沿厚度方向的演变,并使用XRD测量了热轧板各厚度层(从表层s=1到中心层s=0)的宏观织构。结果表明,在高剪切力的作用下,热轧板表层s=1形成了大量等轴晶粒(晶粒长宽比为1.0~1.5)和具有一定随机性的织构。表层以下,随着剪切力从表层向中心层逐渐减小,等轴晶粒(晶粒长宽比为1.0~1.5)占比逐渐降低,再结晶晶粒的晶粒长宽比沿着厚度方向逐渐增大,再结晶晶粒形状倾向于沿轧向延伸和呈不规则状。最后,在中心层s=0中,一些大尺寸再结晶晶粒的晶粒长宽比可以达到3.0~6.5。在压缩力和沿厚度方向逐渐减小的剪切力的共同作用下,热轧板次表层s=0.5~0.9形成由众多特定取向组成的纤维织构,而中心层s=0~0.4形成典型的α纤维织构,纤维织构中的一些典型的特定位向包括{100}〈011〉、{112}〈111〉、{110}〈112〉、{213}〈364〉、{441}〈104〉和{110}〈100〉Goss。热轧板次表层s=0.5~0.9中的纤维织构沿厚度方向逐渐演变,并且在次表层s=0.5中有稳定的Goss织构形成。然而,次表层s=0.5中形成的高强度的Goss织构,而次表层中形成的Goss织构只是纤维织构的一小部分。

关键词：取向硅钢热轧板纤维织构 Goss织构

时效时间对固溶态及冷变形态钴基合金显微组织和力学性能影响

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中国有色金属学报 2024年第1期34卷 184-195页

作者：王中琳龚志华李权包汉生内蒙古科技大学材料与冶金学院包头014010 钢铁研究总院特殊钢研究院北京100081

对固溶态及冷变形态的两种钴基合金L605、L605Mo进行600℃不同时间的时效处理,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及力学性能测试等方法研究时效时间对合金显微组织与力学性能的影响,并分析了冷变形及Mo元素对时效行为... 详细信息

对固溶态及冷变形态的两种钴基合金L605、L605Mo进行600℃不同时间的时效处理,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及力学性能测试等方法研究时效时间对合金显微组织与力学性能的影响,并分析了冷变形及Mo元素对时效行为的影响。结果表明:经过冷变形的合金经600℃时效后,强度、硬度提高,塑性韧性下降;而固溶态合金经时效后,力学性能变化不明显,其中,抗拉强度最高的合金为时效12 h的s25-13合金。时效初期碳化物析出及层错形成使合金强度提高,但随着时效时间的延长,冷变形形成的具有强化作用的变形带在时效过程中退化会使合金强度减小。M_(6)C含量随时效时间延长而不断增加,冷变形促进M_(23)C_(6)及M_(6)C析出使合金的时效强化效果更加显著。Mo能降低层错能,促进时效过程中M_(23)C_(6)、M_(6)C和层错的形成以及层错的交割,从而提高合金的强度。因此,添加Mo的合金经时效处理后强度、硬度均高于未添加Mo的合金。

关键词：钴基合金时效处理层错 Mo 冷变形