【摘 要】
：
新型一步法生产不锈钢工艺由于其冶炼过程简单,生产400系列不锈钢的经济性强,逐渐被越来越多的企业应用。TSR炉冶炼不锈钢工艺是典型的新型一步法冶炼不锈钢工艺之一,存在脱碳能力不足、深脱碳期冶炼时间长,铬氧化损失较大的问题。基于此,本文提出在TSR冶炼不锈钢工艺中引入CO2,利用CO2独特的高温物理化学性质,强化钢液脱碳并改善熔池搅拌性能,从而提高贵金属铬的收得率和冶炼效率。本文首先通过热力学、动力
论文部分内容阅读
新型一步法生产不锈钢工艺由于其冶炼过程简单,生产400系列不锈钢的经济性强,逐渐被越来越多的企业应用。TSR炉冶炼不锈钢工艺是典型的新型一步法冶炼不锈钢工艺之一,存在脱碳能力不足、深脱碳期冶炼时间长,铬氧化损失较大的问题。基于此,本文提出在TSR冶炼不锈钢工艺中引入CO2,利用CO2独特的高温物理化学性质,强化钢液脱碳并改善熔池搅拌性能,从而提高贵金属铬的收得率和冶炼效率。本文首先通过热力学、动力学分析探明CO2的“脱碳保铬”性能以及CO2气泡在上浮过程中气泡-钢液交界面反应行为,建立了 CO2参与“脱碳保铬”反应达到平衡时钢液成分、温度和熔池CO分压的热力学关系式。动力学计算结果表明,反应达到平衡时CO2气泡的体积增大为初始体积的约1.30倍,钢液的脱碳速率增加到原来的1.19～1.30倍。通过管式炉热态实验,发现高碳低铬条件下以CO2代替N2冶炼使钢液脱碳率提升了 5.56%,并且铬的氧化损失降低了 10.19%。中碳高铬条件下随着CO2代替N2的比例从0增加至100%后,脱碳率提升了 12.95%;而CO2代替N2的比例从0逐步增加到75%时,终点铬的氧化率从8.99%不断下降到4.79%,当CO2完全代替N2冶炼时,终点铬的氧化率略有回升,达到5.81%。通过水力学模拟和数值模拟研究手段,以某钢厂70吨TSR为原型,建立相应的水力学模型和数值模型,结合建立的气泡直径计算模型和用户自定义函数（UDF）功能,研究底吹CO2气泡初始半径为3 mm时,气泡体积增大对熔池的流场和混匀时间的影响。水力学模拟实验结果表明底吹CO2反应后体积增大促进溶质在熔池内的扩散,使熔池的混匀时间缩短8.4～16.5 s,显著地提升了熔池的动力学条件。数值模拟研究结果表明,底吹CO2反应后体积增大使熔池中钢液速度的分布更为均匀,靠近熔池壁面的低速区减小,熔池的死区比例下降了 9.25%～10.82%。基于前文的理论研究,以国内某不锈钢厂70吨TSR炉冶炼不锈钢工艺为基础搭建喷吹O2-CO2冶炼不锈钢试验平台,开展相关工业试验研究。试验结果表明在DEC5阶段结束时,当0＜[%C]≤0.1,0.1＜[%C]≤0.2和0.2＜[%C]≤0.3时,试验工艺钢液的C含量分别比原工艺低0.014%、0.008%和0.004%,钢液温度分别比原工艺低8.1K、5.5 K和4.8 K。当0.1＜[%C]≤0.2和0.2＜[%C]≤0.3时,试验工艺的Cr含量分别比原工艺增加了 0.185%和0.409%,吨钢Fe-Si消耗量分别比原工艺降低了 1.1 kg和2.4 kg;而在0＜[%C]≤0.1时由于吹入的CO2导致熔池CO分压超过“脱碳保铬”反应向正向反应所需的CO分压的阈值,试验工艺的Cr含量比原工艺降低了 0.055%,相应的吨钢Fe-Si消耗量比原工艺增加了 0.3 kg。以冶金热力学和动力学理论为基础,建立TSR炉喷吹O2-CO2冶炼不锈钢工艺模型,实现对冶炼过程钢液成分、温度和熔池CO分压变化的精确计算和预测。模型研究结果表明,C含量在整个冶炼过程中一直下降,直至DEC5阶段的后半段下降速度变缓。Cr含量从冶炼开始后不断增加,直至DEC4阶段微微下降;DEC5阶段前半段Cr含量出现略微回升后在后半段又快速下降,这是由于熔池CO分压值超过理论临界CO分压值而不能满足“脱碳保铬”反应向正向进行导致的。此外,随着底吹CO2代替N2的比例从0增加至100%,冶炼过程中钢液C、Si和Mn含量及温度逐渐下降,而Cr含量逐渐上升。并且在冶炼结束之前,钢液C、Cr量及钢液温度变化趋势出现转折,在CO2喷吹比例为0%、50%和100%时,转折时间点分别为30.5 min、29.5 min和28.6 min。本文研究成果为TSR炉喷吹O2-CO2冶炼不锈钢工业化应用及推广提供有力的数据支撑,推动了一步法冶炼不锈钢工艺进一步发展。
其他文献
脱磷是炼钢最重要的任务之一,要想实现高效脱磷的效果,炼钢过程必须满足“三高一低”的热力学条件,同时辅之以良好的动力学条件。然而,近年来,随着环保、低碳等要求越来越严苛,转炉逐渐采用无氟炼钢以满足无氟排放的环保要求导致炉渣化渣效果变差,同时不得不采用少渣炼钢以满足减少炉渣外排的环保要求,不得不提高铁水温度以满足低碳与负能炼钢的要求,给转炉脱磷带来了巨大的压力。此外,由于国内转炉普遍采用长炉龄、弱底吹
随着经济的快速发展,市场对高品质厚板的性能要求越来越高。在实际生产过程中,轧制设备压缩比的限制使得厚板中心变形不足,难以消除厚板坯凝固过程中形成的中心疏松和缩孔缺陷。同时,厚板在轧制过程中厚度方向变形不均匀,会出现组织分层现象,导致厚板抗层状撕裂性能差。连铸预压下技术借助连铸凝固末端铸坯表面和心部的温度梯度,提高了心部塑性变形,可以有效消除厚板中心疏松和缩孔缺陷,使厚度方向组织均匀化。本文针对应用
褐铁型红土镍矿是一种富含镍、钴、铁的重要资源,综合利用意义重大。褐铁型红土镍矿的硝酸加压浸出不仅可以实现镍、钴、铝、钪等共伴生组分的高效浸出,以及硝酸的低成本再生循环,而且也实现了铁在浸出渣中的富集,为减量化的“无渣冶炼”奠定了良好的基础。但目前针对褐铁型红土镍矿硝酸加压浸出的研究,大多局限于工艺研究及对工艺参数的优化,对关键的浸出机理及相应的动力学研究却很少涉及。因此,本文以褐铁型红土镍矿硝酸浸
大多数的金属元素都可以与单质硼化合形成金属硼化物。在众多金属硼化物中,难熔和稀土金属的硼化物凭借其极高的熔点、较大的硬度、良好的导电性、稳定的化学性质以及特殊的电子发射特性而受到广泛关注。难熔金属硼化物在超高温热防护材料、陶瓷装甲、核用陶瓷、特种耐材、高温电发热体、高温电极等领域已经有了商业化的产品,并且正处于大规模推广应用阶段。稀土金属硼化物作为高亮度电子发射源被用于众多电子束设备中。另外,难熔
电介质储能陶瓷由于具有超高的功率密度、超快的充放电速度和优异的储能稳定性已经成为近年来材料与化学领域的研究前沿。然而,作为脉冲功率电容器的核心部件,其低的储能密度和效率极大的限制了器件向小型化、智能化、集成化方向的发展。本论文以无铅钙钛矿型弛豫铁电陶瓷作为研究对象,结合成分与结构设计,提出了多种设计新策略,开发了一系列优异的新型无铅储能材料,并采用先进的表征和理论计算手段系统探讨了组成-结构-性能
氢（H2）具有较高的能量密度,且产物清洁,无碳排放,有望成为构建现代能源体系的主要清洁可再生能源。由可再生能源衍生的电力驱动电解制氢技术被确定为未来实现绿色氢能经济的关键技术。然而,受制于阳极析氧反应（OER）及阴极析氢反应（HER）较为缓慢的动力学和较高的反应过电势,电解水制氢需要较高的电能消耗,如何降低电解制氢能耗是普及电解制氢技术的关键科学问题。使用高效的电解水催化剂可以加快反应动力学速率并
推动钢铁工业实现节能环保,绿色低耗的生产目标,已成为钢铁工业未来的重要发展方向。精炼床设备将流态反应器创新地应用于二次精炼工序,将传统的间歇式流程连续化,在保证钢水质量达标的前提下优化界面缓冲。本论文探讨了基于精炼床的连续炼钢流程可行性研究与精炼床设备的冶金运行特征,展示本工艺的可行性与流体运行状态,解决钢水流动精炼成分温度控制难题,为实现钢水流动精炼与连续炼钢工艺创新提供理论与设计支持。首先,基
钢铁工业正处于发展战略的转型期,以数字化为主要实施路径的智能制造是实现行业战略转型的重要抓手。钢铁制造的工艺流程特性使其产生了海量的生产数据,具备了数据驱动的基础;钢铁冶金机理则决定了数据的逻辑性与可靠性,同时也是进一步深挖设备工艺潜能的基础。本文通过钢铁冶金机理协同数据驱动,对高品质钢冶炼渣系控制进行研究,为保证产品在原料多变、工艺复杂、终点要求严苛的钢铁生产过程中实现稳定控制奠定基础,进一步提
在能源经济飞速发展的今天,掌握清洁能源技术已成为国家可持续发展战略中的重中之重。太阳能因其取之不尽用之不竭的特性,在可再生清洁能源技术发展中表现出了巨大潜力。将太阳能电池用于光伏发电已成为太阳能应用的主要方向之一。太阳能电池也从第一代的晶硅电池逐步发展为当今最为流行的钙钛矿太阳能电池,即采用光电转化钙钛矿为制备材料的太阳能电池。与晶硅太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、成本低廉、易于
作为全球最大的钢铁产品生产国,2020年我国粗钢产量达到10.65亿吨,占全球粗钢总产量的56.7%。然而,我国铁矿资源主要以贫矿为主,导致目前炼铁所用的铁矿石超过80%需要从澳大利亚、巴西和南非等国家进口。随着国外高品位铁矿资源逐渐枯竭,且价格高居不下,因此为实现可持续健康发展,钢铁企业对国内低品位矿的进一步开发利用显得尤为必要。西北地区的酒钢集团炼铁原料长期以周边的含重晶石铁矿为主,并配加一定