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[博士论文] 朱万军
钢铁冶金 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:为满足市场对超低碳钢性能的要求,解决实际生产中超低碳、高洁净度、夹杂物以及钢水连浇性控制等方面的难点,本论文以超低碳洁净钢为对象,采用冷态模拟实验、工业试验和现代理化检验等综合手段,对生产流程中转炉复合吹炼、RH真空精炼、Ca处理和CSP钢水连浇性等关键共性技术进行了较为系统深入的研究。其主要研究结果如下:
  (1)研究建立了吹炼前期碳-磷选择性氧化的转变温度、钢中磷含量随碳含量减少的基本关系;通过前期抑制碳氧化优先脱磷及排渣,后期采用少量熔剂控制,生产出了[P]含量≤0.01 wt%的优质钢,为普通转炉采用非三脱铁水生产低磷钢提供了一种解决方案。通过改善冶炼终点熔池过氧化,推导建立了一种支配转炉熔池氧化度的吹炼特征参数,该参数考虑了顶底供气强度、钢中碳含量、熔池CO分压和炉龄的综合影响,可以调整氧在渣-钢之间的分配。
  通过对改进顶枪喷头与底吹元件的改进,以及供氧工艺和底吹流量的优化,供氧时间缩短约1.5min,转炉停吹时钢水的[O]、[P]、[S]含量显著降低。
  (2)通过水模和工业试验,对150 t RH系统钢水的混合、环流及脱碳反应特性进行了研究,包括:用Si-Mn合金首次替代Cu测定新RH装置钢水混匀时间,建立了钢水混匀时间与单位搅拌功率的关系方程以及循环流量与混匀时间的关系方程。考虑熔体搅拌功率和混匀时间的作用,建立了循环流量修正方程,与其它方程相比,新方程可以考虑处理容量、插入管插入深度、真空室钢水高度等操作因素的综合影响。基于钢水环流和扩散传质的共同作用和脱碳反应实际停滞浓度、建立了一种真空脱碳反应速率模型,计算值与测定值相吻合。
  改进试验研究结果表明,前期优化供氧、快速减压,分段控制提升气体流量、增加后期反应界面积、降低脱碳停滞浓度能明显促进脱碳,使生产中超低碳钢[C]含量稳定小于15×10-6。
  (3)通过工业试验考察了吹氧脱碳、铝升温、提升气体流量及造渣对钢水清洁度的影响。基于钢水环流、扩散和氧化渣的影响,建立了一种描述脱氧后钢水T.O量随时间变化的脱氧速率模型,计算值与测定值吻合。结合150tRH建立了精炼过程钢中T.O量预测模型,研究应用结果表明,当钢包渣(TFe+MnO)量≤5wt%,脱氧后真空纯脱气10-12min,并添加CaO-Al2O3-Al或CaO-CaF2熔剂改质条件下,批量处理后钢水T.O≤10×10-6。
  (4)基于钙处理工艺,建立了超低碳高铝专用钢[Ca]、[Al]、[S]、[O]成分之间的热力学平衡关系,并通过试验数据对相关热力学模型进行了验证。通过采用“RH精炼-加铝对渣改质+钙处理”方案,解决了薄板坯连铸超低碳硅钢的连浇性差的问题,首次使CSP产线超低碳钢水连浇炉数突破到10炉以上。
  研究发现,超低碳专用钢钙处理过程夹杂物的变性存在以下机理:钙处理前,钢中夹杂物主要为低Ca含量的钙镁铝或钙硅铝复合氧化物。钙处理后,钢中钙对夹杂物变性占主导,转变为高Ca浓度的CaO-SiO2-Al2O3复合氧化物;随后钙对夹杂物变形逐步达到稳态:外层CaO与内层Al2O3或MgO-Al2O3、Al2O3-SiO2均匀化后,复合夹杂物中CaO含量也有所降低。
[硕士论文] 宗煜
钢铁冶金 江苏科技大学 2016(学位年度)
摘要:我国焦炉煤气虽然资源丰富,但是利用率较低。焦炉煤气中含有大量的H2、CO和CH4组份,可以用来还原铁矿石。焦炉煤气重整产生的合成气来直接还原铁矿石,是未来钢铁企业调整产业结构,循环利用资源的重要工艺。
  本论文目的是将焦炉煤气改质产生的合成气对铁矿石进行还原的研究。本论文的研究工作,主要分为两个方面:第一,是将焦炉煤气进行二氧化碳重整改质从而产生清洁能源氢气和一氧化碳,本研究为焦炉煤气重整改质提供了理论依据。第二,是将产生的合成气进行气基直接还原实验。本研究为实际生产提供了基础信息和理论依据,具有重要的应用前景。
  焦炉煤气二氧化碳改质,是利用HSC7.0热力学软件,对其进行热力学分析。对改质过程中温度、压力、CH4/CO2比以及H2/CO比进行研究并探索其变化趋势和规律,确定最好的直接还原参数。
  结果表明:提高反应温度,有利于提高CH4和CO2转化率、H2和CO选择性。在100KPa下,当CH4/CO2=1、温度在600~1000℃时,CH4和CO2的转化率分别为55.33~97.78%、53~99.43%,H2和 CO的选择性分别是21.69~98.86%、18.15~100%。当CH4/CO2比变小时,CH4的转化率变大,CO选择性变大而H2的选择性变小。CH4/CO2比和温度是调节H2/CO比的重要指标。压力是调节H2/CO比的一个过程量,但是不影响最终的H2/CO比。综合考虑,当温度在1000℃、CH4/CO2=1、压力在100KPa是较好的焦炉煤气改质环境。
  混合气直接还原铁矿石研究采用 KSZ-03矿石冶金性能综合测定仪,考察不同的气体混合比例以及还原温度对铁矿石还原度的影响。最后在进行动力学分析,对试验结果进一步分析,深度分析影响还原度的原因。
  研究结果表明,温度在650~850℃时,氢气的还原效果比CO的还原效果好。混合气还原铁矿石反应中,H2/CO的比例越高还原效果越好。混合气还原铁矿石反应中,温度在850℃时还原效果越好。还原过程中颗粒粘结现象是影响还原的重要因素。在动力学的研究中可以得出结论,混合气还原铁矿石实验中,内扩散阻力对还原度的影响起绝对最用。当时间为75min时,内扩散阻力850℃>750℃>700℃>800℃>650℃,时间为75min时,界面化学阻力650℃>700℃>800℃>750℃>850℃。
[硕士论文] 韩冬
钢铁冶金 内蒙古科技大学 2016(学位年度)
摘要:目前,我国在钢渣综合利用方面还存在技术落后、缺乏合理规划等问题。钢渣总体利用率仅为20%左右。2015年我国粗钢产量约8亿吨。按生产1吨钢铁产生100~150Kg的钢渣来算,仅2015年内产生的钢渣就达1亿吨左右。如果不能够及时处理将会给我们的生存环境带来巨大威胁。本课题旨在钢渣利用方面做进一步探索。提出包钢转炉钢渣在微波加热条件下进行硅热反应脱磷的方法。力求找到钢渣微波硅热还原脱磷的最佳条件,为包钢钢渣利用提供参考。本文主要从以下三个方面进行讨论:
  1)热力学方面
  通过查阅相关文献知钢渣硅热还原脱磷反应以Ca3(PO4)2(s)+5Si(s)=5CaSiO3(s)+CaO(s)+P4(g)为主。由Factsage热力学软件计算知1atm下,该反应开始温度为540.84K,磷主要以P4气体方式脱除。?m?rH=191.224 KJ·mol-1>0,反应吸收热量。其次还确定了钢渣硅热还原脱磷反应的开始反应温度,并为实验温度范围的选取提供了参考依据。
  2)脱磷影响因素方面
  本文对温度、保温时间、硅铁加入量、SiO2加入量4个方面进行实验探索,发现钢渣气化脱磷率随硅铁加入量的增加呈先升高后降低规律。其中5倍硅铁(5.8g)加入量下,气化脱磷率为48.03%,且温度越高越有利于钢渣气化脱磷反应的进行。当温度达到1350℃时,气化脱磷率为38.49%。与此同时还发现保温时间越长,钢渣气化脱磷率越高。但保温时间高于40min时,气化脱磷率增速开始变缓。此外当温度和硅铁加入量不变时,气化脱磷率随SiO2的加入而升高。加入4倍SiO2(6g),脱磷率可达30.26%。
  3)动力学方面
  本实验将钢渣研磨至200目以下,与硅铁粉混匀压块后进行微波烧结实验。通过实验所得数据结合相关理论确定了脱磷反应的反应级数和反应活化能,进而确定出反应的限制性环节。
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