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[硕士论文] 吴丹宁
电气工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:钢铁是衡量一个国家经济基础状况的重要产业,我国的钢材需求量巨大,钢材冶炼工作需要得到全社会的重视。电弧炉相比于传统金属冶炼设备具有高度的自动化程度与高效的炼制能力,在当今钢铁炼制领域应用广泛。直流电弧炉相对于传统交流电弧炉设备而言具有发出的电弧更加稳定、电压电流波动更小等优点,在当今社会已经得到了越来越高的重视。
  随着我国工业化发展进程的不断推进,诸如电弧炉之类的高功率、非线性负荷使用的类型、数量以及使用频率都在急剧上升,由此带来的对于电网系统运行的压力也越来越大。此类设备大多具有很高的额定功率,使用周期较长且大多工作在高温高压的恶劣环境中。它们在运行过程中产生的谐波污染不仅会对自身设备安全稳定运行造成影响,对于电网系统运行状况也有很大害处。谐波会影响母线侧电压使之发生波动畸变等不良变化,这对于其他终端负载的正常运行会带来严重的影响。研究制定合理技术手段,抑制谐波以及其他扰动的产生已经是当今社会亟待解决的议题。
  本文以直流电弧炉为研究对象,首先阐述直流电弧炉设备的生产历史以及基本组成原理和工艺流程,阐述了非线性负荷运行过程中产生的谐波危害以及当今冶金工业中常用的谐波抑制技术手法。以直流电弧炉运行参数为依据,结合样条拟合方法构建直流电弧炉数学模型并在Simulink环境下完成功能模型搭建。之后研究了无源滤波器对于直流电弧炉数学模型运行的影响,使用不同类型的无源滤波器分别探讨此种滤波方式对直流电弧炉运行电压电流环境以及电力系统网络运行的改善程度的大小。然后从多维度探讨有源电力滤波器(APF)对于直流电弧炉模型谐波抑制的效果,根据其施行优点与不足,在最后提出了对于APF谐波抑制方案的改进。
  本文所有的模型搭建以及建模仿真均在Simulink平台下实现,经过仿真实验可以看出,不同类型的无源滤波器电路对于直流电弧炉数学模型运行特征有着不同的影响,APF法对于直流电弧炉模型谐波抑制也有利有弊,最后提出的改进方案能够克服传统方法的弊端,取得了较佳的效果。
[硕士论文] 何讯超
机械制造工业工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:国家经济建设的快速发展对高品质钢种的需求与日俱增,而钢材中含硫量高会降低其韧性、塑性和疲劳寿命等机械性能。由于KR(Kanbara Reactor)法机械搅拌脱硫具有脱硫效率高效和脱硫成本低廉等优势,被普遍用于铁水脱硫预处理工艺中。在实际生产中,KR法脱硫处理涉及自由液面卷吸脱硫剂及其与高温铁水混合等复杂过程,对铁水罐内流速场的探究是分析众多复杂过程的重要基础。随着CFD(Computational Fluid Dynamics)技术飞跃性的发展,数值模拟方法不仅可以克服实验研究成本高、条件苛刻等问题,也能直观成像和直接测量流场参数,故被普遍用于分析搅拌罐内多相流的混合效果。
  目前,关于KR法脱硫的数值研究多不计及自由液面对脱硫剂颗粒的卷吸作用,且将脱硫剂颗粒视为拟流体,这与实际工况下的脱硫过程有一定偏差。开展各工艺参数对搅拌罐内液面变化、流场特性及脱硫剂扩散规律影响的数值研究,对增强固-液混合效果与改善脱硫效率具有显著的实际价值。本文借助商用CFD软件FLUENT,一方面在水模实验的基础上,利用数值模拟方法研究计及自由液面波动的搅拌罐内流场变化过程,并探究了主要结构及工艺参数对自由液面及流速场变化的影响;另一方面采用欧拉-欧拉模型和联合仿真条件下的欧拉-拉格朗日模型,分析脱硫剂颗粒受自由液面卷吸进入罐内流场的运动过程和分散效果。主要研究内容如下:
  (1)建立基于相似性准则的水模实验模型,得到不同搅拌器转速和浸没深度下的自由液面漩涡深度及高度测量结果。随后基于标准κ-ε湍流模型描述流场的湍流特性,采用多重坐标系法(Multi Reference Frame,MRF)和VOF(Volume of Fluid)法建立气液两相流模型,通过仿真方法分析铁水罐内流速场和自由液面的变化。为了验证仿真方法的准确性,将仿真得到的液面漩涡深度及漩涡高度同水模实验结果进行对比。基于该数值模型进一步探究了搅拌器转速、浸没深度、叶轮直径和叶片数目等主要参数与搅拌罐内自由液面和流速场变化的关系。
  (2)针对脱硫剂均匀和平铺两种初始布料方式,开展搅拌罐内多相流混合特性的数值研究,采用欧拉-欧拉法将脱硫剂颗粒视为拟流体,研究搅拌过程中计及液面效应的脱硫剂、水和空气浓度分布的变化,进一步探究了搅拌器转速和浸没深度与拟流体脱硫剂分布的关系。
  (3)通过EDEM和FLUENT两软件的联合使用,采用离散元法和有限体积法相耦合的建模方法,建立KR法脱硫固-液-气三相流数值模型,其中脱硫剂固体颗粒采用离散元法建模,水和空气采用连续流体相建模,进行计及自由液面变化的脱硫剂运动轨迹跟踪和流场特征参数动态仿真分析,对工艺效果进行直观显示并做相应评价。
[硕士论文] 王杰
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)是钢铁烧结过程中产生的主要大气污染物。不同于燃煤烟气,烧结烟气具有气量变化大、温度波动范围广、NOx含量低等特点,因此现有的燃煤电厂脱硫脱硝技术将无法直接应用于烧结烟气的脱硫脱硝。目前,烧结烟气的脱硫工艺较为成熟,而相应脱硝技术的研发开展较少。随着环保要求的不断提高,烧结烟气脱硝也逐渐被提上日程,但由于新建脱硝设备的成本较高,减排工作一直进展缓慢。为此,本文开展了钢铁烧结烟气的低温鼓泡脱硫脱硝研究,旨在现有石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基础上,通过添加新型复合氧化剂,配合运行工况的优化调整,实现原有脱硫效率不降低、氮氧化物能够部分脱除的目的,从而满足烧结烟气排放的国家标准。
  根据氮的氧化物及其酸根离子的还原电势,分析得出NO被氧化的条件,结合已有的研究成果,确定有效氧化剂的范围。并在以南钢2×220m2烧结烟气鼓泡吸收塔为原型而构建的小型实验平台上,开展了相关脱硝氧化剂的筛选实验,从有效性、可靠性、经济性等角度,最终选取NaClO2、NaClO作为本次模拟实验的主要脱硝氧化剂。同时,利用化学反应热力学原理,对NaClO2/NaClO复合氧化剂协同石灰石浆液脱硫脱硝反应的吉布斯自由能变函数△rGm(T)、平衡常数K、气体平衡分压P等热力学参数进行了计算,从理论上证明了NaClO2/NaClO/CaCO3体系可以有效脱除烟气中的SO2、NO,反应能够自发正向进行且进行限度较深。
  针对NaClO2/NaClO/CaCO3体系开展低温鼓泡脱硫脱硝的实验研究。进一步考察NaClO2/NaClO浓度ma/mb及其摩尔比M、吸收液初始pH值、反应温度TR、石灰石含量mc、烟气流量Vg、NO/SO2初始浓度CN/CS等操作参数对脱硫脱硝效率的影响规律。在此基础上,分别对复合氧化剂溶液及体系脱硫脱硝产物的成分进行定量、定性分析。研究结果表明,当Vg=1m3/h,mc=20g/L时,利用NaClO2/NaClO/CaCO3体系低温鼓泡脱硫脱硝的最佳反应工况为ma=4mmol/L,mb=3mmol/L,pH=5,TR=55℃,CS=1100mg/m3,CN=400mg/m3,在此条件下,NO、SO2的脱除效率分别为56.9%、98.1%。酸性条件有利于NaClO2、NaClO的分解,生成强氧化性气体ClO2和Cl2,从而导致溶液氧化性能的提高。烟气中的SO2、NO最终主要以CaSO4、NO3-的形式被脱除。M=1.3的NaClO2/NaClO复合氧化剂每消耗1g,向溶液和石膏中引入的Cl含量分别为420.6439mg、0.5465mg,实验过程中未造成设备腐蚀等现象的发生。
  基于上述研究成果,在南钢2×220m2烧结烟气脱硫系统中进行了低温鼓泡脱硫脱硝的工程试验。事实证明,采用NaClO2/NaClO复合氧化剂配合石灰石浆液可以有效实现烧结烟气中NOx的部分脱除且不降低原有系统的脱硫效率,出口烟气满足国家排放标准。复合氧化剂的添加对原有脱硫系统的安全运行未造成任何不利影响。工艺新增试剂成本仅为56.3万元/年,经济效益相对较高。
[硕士论文] 吴杰
材料科学与工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:SiC颗粒增强铜基复合材料具有优良的力学性能、较高的耐磨性和良好的导热性。因此,作为基础材料在工业中有着广阔的应用前景。
  本文首先采用粉末冶金法制备SiC颗粒增强铜基复合材料,具体研究为:(1)在粒度为5μm的SiC颗粒上进行表面镀镍,镀镍液的PH值在10,水浴温度在40℃时,SiC颗粒表面能够均匀的被镍层包覆。(2)经球磨、SPS烧结后,基体中的SiC颗粒无团聚的现象。SiC颗粒能抑制基体晶粒长大,使晶粒得到细化,其中镀镍SiC颗粒效果较明显,提高铜基复合材料的硬度和抗拉强度。但是加入SiC颗粒后使基体孔隙率变大、延伸率变小。(3)在复合材料中,SiC颗粒具有良好的抗磨效果,铜合金基体中加入SiC颗粒后,能够明显降低复合材料的磨损质量。由于镀镍SiC颗粒与基体界面结合良好,镀镍SiC颗粒增强铜基复合材料磨损表面的划痕比较整齐,镀镍SiC颗粒比未镀镍SiC颗粒的磨损量更小。
  在粉末冶金法制备基础上,通过半固态搅拌连续铸造法制备SiC颗粒增强铜基复合材料。具体研究为:(1)改进原有连铸设备,包括:炉体、石墨坩埚、结晶器、感应加热线圈、搅拌装置以及循环水路。(2)使用改进后连铸设备,顺利制得连铸棒材。得到最佳半固态铸造工艺参数为:搅拌速度为400r/min,拉拔温度为1045℃,拉速为20mm/min。(3)在半固态铸造试样中,当加入SiC颗粒后,半固态复合材料的抗拉强度从400MP提高到497MPa,复合材料的断裂方式主要为韧性断裂。
[硕士论文] 郑现龙
矿业工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:铬铁矿是一种重要的战略资源,而且它在我国的人均资源储备量较少,属于稀缺资源的范围。铬铁矿经过开采,洗选得到不同品质的铬铁矿,此为由铬铁矿氧化铬的上游工艺,铬铁矿经过铬盐工艺过程,可以得到多种铬盐,此为铬铁矿氧化铬的中游工艺过程。将铬盐通过多种工艺得到氧化铬产品,此为铬铁矿氧化铬的下游工艺过程。铬是一种不可或缺的战略资源在经济中有不可替代的应用。所以如何能够充分利用好现有的铬铁矿资源,来创造更高的附加值是目前的研究重点,目前,对铬铁矿下游工段高附加值喷涂氧化铬工段的研究前人已经做过一定的研究。基于前人的文献报道和本课题组的前期研究成果,本文通过湿法冶金的方法,继续研究了除了重铬酸钾以外的其它铬盐化合物作为铬源,来制备喷涂氧化铬的工艺。该工艺具有成本节约,工艺操作简单,环境友好等优势,研究使用多种不同铬盐来制备喷涂氧化铬可以摆脱生产原料单一的制约,对节约成本和提高生产灵活性具有重要的意义。
  本研究主要内容包括:⑴研究了在重铬酸钠体系下,通过湿法冶金法(水热过程)制备出大尺寸喷涂氧化铬的工艺条件。其中以清洁原料无水乙醇作为还原剂,以柠檬酸作为表面活性剂。用XRD以及SEM对结果进行了表征,研究了结果的形貌以及组成。分别研究了柠檬酸、无水乙醇、反应温度、重铬酸钠和反应底物的量的变化对结果形貌的影响。结果表明当重铬酸钠的量为0.5 g,无水乙醇的量为3 ml,柠檬酸的量为0.1g时,在180℃1h的反应条件下,为最佳反应条件,所得到的结果在形貌上最好。结果全部为三维近似球形结构,颗粒表面干净平整,无团聚和小颗粒出现。尺寸分布较为均匀,颗粒大小在25-130μm之间,颗粒的平均尺寸为61μm。绝大部分颗粒粒径分布在40-90μm之间,这占据了整体结果的80%左右,说明结果尺寸较为均匀,且分布较窄粒径大小符合喷涂氧化铬颗粒大小标准;⑵研究了铬酸钠体系下,通过湿法冶金法(水热过程)合成大尺寸喷涂氧化铬的工艺条件。其中以柠檬酸作为表面活性剂,无水乙醇作为还原剂,首次使用铬酸盐成功制备出喷涂氧化铬。使用XRD和SEM对在此体系下得到的结果的形貌和组成进行了表征。分别研究了柠檬酸、无水乙醇、反应温度、铬酸钠和反应底物的量的变化对结果形貌的影响。结果表明当铬酸钠为0.5 g,柠檬酸为0.24 g,无水乙醇为3 ml,反应条件为220℃1h时,为最佳反应条件,所得到的结果在形貌上最好。此时结果全部为三维近似球形结构且结晶良好颗粒表面光滑无裂痕。颗粒粒度分布在30-130μm之间,颗粒的平均尺寸为70μm,并且分布在40-100μm之间的颗粒占据了所有结果的85%左右,说明结果尺寸较为均匀,分布较窄并且粒径大小符合喷涂氧化铬颗粒大小标准;⑶研究了铬酸钾体系下,通过湿法冶金法(水热过程)合成大尺寸喷涂氧化铬的工艺条件。其中无水乙醇作为还原剂,柠檬酸作为表面活性剂。使用XRD和SEM对结果的形貌和组成进行了表征。分别研究了柠檬酸、无水乙醇、反应温度、铬酸钾和反应底物的量的变化对结果形貌的影响。研究结果表明铬酸钾为0.5 g,柠檬酸为0.21 g,无水乙醇为3 ml,反应条件为220℃1h时,为最佳反应条件,所得到的结果在形貌上最好。结果全部为三维近似球形结构结晶良好的大颗粒。颗粒尺寸分布在30-190μm之间,颗粒的平均尺寸为85μm。分布在30-120μm之间的颗粒占据了所有结果的80%左右,说明结果尺寸较为均匀,但有少部分的120μm以上的大颗粒存在,可以根据需要使用筛分技术将过大颗粒去除后使用,该结果也符合喷涂氧化铬颗粒大小标准。
[硕士论文] 汪义波
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:铁水脱硫是现代钢铁工业生产优质钢材的必要手段。脱硫塔是铁水脱硫中必不可少的冶金设备,脱硫塔的安全运行是决定产品质量与经济效益的重要因素。某钢厂脱硫塔在脱硫及扒渣工作过程中平台框架存在较为严重的振动现象,且振动幅度较大。脱硫塔的这种振动不仅会引起结构应力的增大,而且会对脱硫塔的疲劳寿命产生影响,同时会给操作人员造成极大的心理压力,从而影响铁水脱硫的效率和效果,是一个重大的安全隐患。因此,研究脱硫塔的振动性能对铁水脱硫的安全生产具有很大的实际意义。
  本文以铁水脱硫塔平台为研究对象,针对脱硫塔平台通过喷枪喷吹镁粉进行铁水脱硫过程中振动较大的现象,首先通过现场测试测取重要部位的振动信号和应力信号,分析激振频率。然后运用CAE仿真分析技术分析脱硫塔平台的固有频率与固有振型,比较激振频率与固有频率,分析振动产生的原因。随后对脱硫塔结构在正弦激励随机载荷作用下进行频响分析,为下文定量分析减振效果的可行性做准备。最后根据脱硫塔原始结构的现场测试数据和仿真分析结果提出了两种减振方案,并对减振方案进行模态分析和频响分析,验证减振方案的可靠性。
[硕士论文] 李海领
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:为了解工业副产品AF3FTM替代萤石在炼钢生产中的冶金效果,针对两种化渣剂在冶金过程中的特定用途,分别进行了熔渣熔化特性测试、熔渣黏度测试、实验室模拟铁水及钢水脱硫试验和工业性试验,综合对比了两种化渣剂的化渣助熔及相应炉渣的脱硫效果。
  本研究主要内容包括:⑴AF3FTM能更好地降低石灰的熔点,从而起到更好的化渣助熔效果。相同的试验条件下,质量百分数同为10%的条件下,含AF3FTM的试样开始熔化温度要低31℃,半球点温度即熔点要低45℃,熔化温度低超过20℃。⑵两种化渣剂对高碱度炉渣黏度的降低趋势基本相同,降低炉渣黏度的效果差别不明显,新型化渣剂略占优势。当炉渣中含有15%的Al2O3时,熔渣的黏度曲线无显著变化。⑶脱硫试验中,使用AF3FTM作为化渣剂的炉次成渣更快、脱硫效果更好。同样试验环境下,达到相同的脱硫效果时,AF3FTM能比萤石球节约至少20%的用量,可减少含氟废物的排放约10%左右,但含有AF3FTM的炉渣脱硫过程中烟尘量较大,脱硫完成后炉渣对坩埚的侵蚀相对严重。⑷工业试验表明,新型化渣剂相比萤石球具有用量少、化渣持续能力强等优势,可明显降低化渣剂的使用量,但炉渣中的MgO、Al2O3含量略高表明,新型化渣剂可能会增加对炉衬的侵蚀。⑸工业试验中加入新型化渣剂的炉渣会有冒白烟的现象发生,并伴有轻微的刺激性气体产生,烟尘及气体量与化渣剂的加入量及底吹强度成正比,炉渣中的SiO2含量比传统炉渣要低,而FeO含量要高,根据相关物质的物化性质,从试验现象和炉渣成分上分析判断,试验过程中应该有大量的SiF4气体生成。
[硕士论文] 王炳超
材料科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着洁净钢冶炼技术的发展与钢水洁净度要求的提高,刚玉-尖晶石质浇注料成为钢包用主要耐火材料。而尖晶石的引入方式对浇注料性能有重要影响。本文首先通过数值模拟从流体动力学角度探索了钢包浇铸过程中下渣线移动及卷渣对包壁耐火材料损毁的影响,提出对包壁耐火材料的性能要求;然后采用含氧化镁4wt%的刚玉骨料部分取代板状刚玉骨料,研究了其取代量对刚玉-尖晶石浇注料结构与性能的影响。主要结论如下:
  (1)钢包在浇铸过程中,钢包中钢水和熔渣的混合区域高度有60mm,钢水与熔渣混合区域流动对钢包包壁的冲刷损毁最严重;在钢包内设置直角挡坝后,钢水和熔渣混合区域的高度降低了50%,有效减少了耐火材料的冲刷侵蚀面积。
  (2)随着含镁刚玉骨料加入量由0wt%增大至75wt%,试样分别经1000℃×3h、1500℃×3h处理后,其常温抗折强度分别提高了39.7%和92.4%,常温耐压强度分别提高了84.4%和74.2%;1500℃×3h处理后试样经1100℃水冷5次残余强度保持率提高了40%;静态抗渣试验后,浇注料的渗透面积由20.6%降低为15.6%,侵蚀面积百分率由6.2%下降为1.3%。
  (3)试样经1500℃×3h处理后,随着含镁刚玉骨料加入量由0wt%增大至75wt%,浇注料的基质中微观缺陷减少,且含镁刚玉较板状刚玉与基质结合更加紧密,因此浇注料的显气孔率降低,体积密度、常温强度增大;经1500℃×3h处理后,富铝尖晶石在骨料的气孔和边缘聚集,且富铝尖晶石中的Al2O3含量提高,更有利于捕捉熔渣中的Fe、Mn等金属阳离子;通过骨料引入的尖晶石在浇注料中分布更加均匀,当材料内部产生温度梯度时,由于热膨胀系数差异减小,使得热应力降低,材料的抗热震性提高。
[硕士论文] 邵勇
材料科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:Al2O3-C耐火材料由于其具有较高的热导率、优异的热震稳定性及耐磨性被广泛用作连铸系统和钢流控制系统耐火材料。随着洁净钢冶炼技术的发展,Al2O3-C耐火材料和钢液之间的相互作用以及其对钢质量的影响日益引起人们的重视,比如,钢中的增碳主要来自于耐火材料中的石墨向钢中的溶解。近年来有文献报道了在炼钢温度下Al2O3-C/Fe系统中氧化铝与碳之间的碳热还原反应是可以发生的。因此,研究Al2O3-C耐火材料的主要成分氧化铝和碳在炼钢条件下的碳热还原反应对于减少耐火材料的损毁和提高钢水的质量具有重要意义。
  论文主要由三个部分组成。首先借助热力学软件计算了CO气体和CO2气体分压、铁中初始Al和C含量对Al2O3-C/Fe系统反应的影响。然后,借助热分析实验和高温热重炉实验研究了在氩气气氛下Al2O3-C/Fe系统中的反应及其对铁液组成的影响。最后,研究了埋炭条件下,Al2O3-C/Fe系统中的反应及其对铁液组成的影响。研究得到如下结论:
  (1)热力学计算表明,Al2O3和C之间的固相反应受CO分压和温度影响很大。当CO分压为0.1Pa时,Al2O3与C在1171℃就能发生反应并生成液态铝,在1135℃时就有Al气体生成,在1147℃时就有Al2O气体生成。在相同的温度及CO分压下,Al2O3-C/Fe系统中的反应比Al2O3-C系统中的反应更易发生。当CO分压较低时,随着铁中初始Al含量和C含量的增加,铁液中的[Al]含量和[C]含量均逐渐增加;当CO分压较高时,随着铁中初始Al含量和C含量的增加,铁液中的[Al]含量和[C]含量不发生变化。
  (2)在流动的氩气气氛实验条件下,由于反应生成的CO气体随着氩气被带出系统,使得系统中CO气体分压很低,高温下Al2O3-C/Fe系统中有铝生成。Al2O3-C耐火材料和铁液的接触状态对Al2O3-C/Fe系统中的反应会产生影响。Al2O3-C/Fe系统中各组分为粉末互混时,反应剧烈,实验后金属试样中铝含量较高,生成铁铝合金。将纯铁粉放置在Al2O3-C耐火坩埚中实验时,实验后的金属试样中铝含量较低。
  (3)在埋炭实验中,由于实验在空气中进行,有充足的氧气与焦炭反应生成CO气体,系统CO气体分压较高,抑制了氧化铝碳热还原反应的发生,实验后金属试样中铝含量极低,约为0.02%。
  (4)铁液催化氧化铝碳热还原反应的机理。在高温氩气气氛下,Al2O3会溶于铁液中形成[Al]和[O],铁液中的[C]会和[O]反应生成CO,反应生成的CO被流动的氩气带出Al2O3-C/Fe系统外使系统的CO分压降低,CO分压的降低会促进[C]和[O]的反应从而降低铁液中的[O]含量,铁液中[O]含量的降低又会促进氧化铝继续溶于铁液中,造成铁液中[Al]含量升高。连铸过程中,铁液催化氧化铝碳热还原反应是可以发生的。
[硕士论文] 束智伟
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:连铸生产中,结晶器矩形熔腔中钢液表面要始终覆盖一层适当厚度的用来稳定浇注操作和改善钢坯表面质量的结晶器保护渣。钢铁企业主要利用人工投撒保护渣,工人工作环境恶劣,且人工投撒钢坯质量不稳定。
  针对现有加渣设备的主要技术缺陷,进行了深入研究。
  (1)针对布料准确性与设备结构紧凑性的矛盾,在双输料管摆动式自动加渣机的基础上提出布料区域矩形化补偿技术,设计出了将双输料管摆动式自动加渣机的扇形布料区域纠正为矩形的机构,实现了输料管张合摆动的同时进行前后补偿运动的功能。在保证布料区域与保护渣投撒区域吻合的前提下,进一步缩小了设备体积。
  (2)针对保护渣输送过程颗粒粒度完整性难以保证的问题,利用离散元仿真软件,进行螺旋输送过程中物料破碎机理研究。设计了一种“刀刃”状变径变螺距输料螺旋,从进料口段控制保护渣的填充率,降低保护渣的摩擦粉化或挤压破碎,在输送段设置大于颗粒直径的顶隙值以及减少叶顶的碾压面积,消弱保护渣的叶顶碾压破碎情况,降低保护渣在螺旋输送过程中的破碎率,使保护渣的性能得到正常发挥。
  (3)针对保护渣布料不均匀渣量供需难平衡的问题,提出了一种非线性曲线出料口变径变螺距螺旋“帘状”落料技术,解决自动加渣机沿结晶器宽度方向上布料的均匀性问题。同时,利用运动学分析软件,求解了出料口中心的运动速度,解决自动加渣机沿结晶器宽度方向上布料的均匀性问题,为实现均匀布料提供了完备的理论基础。
[硕士论文] 叶琛
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文研究内旋型湍流抑制器对中间包钢液流场及夹杂物去除的影响。为了使中间包注流区形成旋流,在A型湍流抑制器底部加挡片和B型湍流抑制器底部加月牙形挡块。本文通过物理模型和数学模型研究湍流抑制器加挡片和月牙形挡块后对钢液流场及夹杂物去除的影响。主要结论如下:
  (1)B型湍流抑制器加月牙形挡块后能够产生强有力的旋流,最高转速高达49r/min。A型湍流抑制器加挡片后也能产生旋流,效果较B型湍流抑制器加月牙形挡块弱;
  (2)B型湍流抑制器加月牙形挡块后,由于能在中间包注流区产生强有力的旋流,导致注流区钢液向中间包右侧流动速度较大,使钢液更快达到中间包右侧端部;
  (3)A型湍流抑制器加挡片和B型湍流抑制器加月牙形挡块对钢液的平均停留时间、中间包死区体积分数和活塞区体积分数的影响规律不明显;
  (4)A型湍流抑制器加挡块和B型湍流抑制器加月牙形挡块能够将长水口钢液注流和从湍流抑制器返回的回流碰撞所产生的湍动能转化为旋流动能,起到抑制湍动能作用;
  (5)A型湍流抑制器加挡片后,影响从湍流抑制器返回的回流,使湍流抑制器上端钢液流动左右不对称。B型湍流抑制器加月牙形挡块后,能够使回流向两边扩散,长水口周围液面平稳,不易形成渣眼;
  (6)A型湍流抑制器加挡片和B型湍流抑制器加月牙形挡块,在旋流的作用下,小颗粒夹杂物的去除率最高可增加21.0%。
[硕士论文] 李奇男
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着不锈钢产量的增加,其副产品不锈钢废渣产量及累积量也逐年增加,同时冶炼工艺中产生大量CO2。不锈钢废渣中含钙矿物含量很高,是一种良好的替代自然矿物固定和存储CO2的材料。
  本研究针对微波场中电炉不锈钢废渣的浸出和碳酸化工艺进行了研究。探究了废渣基础特性和废渣在微波场中的升温特性,在此基础上研究了微波辅助铵盐浸出过程工艺参数对废渣中钙及杂质离子离子浸出率的影响;然后,研究了在碳酸化过程中工艺参数对碳酸钙收得率的影响,并初步探索了浸出介质的循环利用。
  研究结果表明:废渣中主要成分为含钙矿物,渣中CaF2、CaSi2O7F2和CaAl2Si2O8等物相难以与NH4Cl溶液反应;微波浸出能促进废渣颗粒内裂纹的产生和扩展,提高废渣中钙、镁离子的浸出率;且浸出过程中,微波功率、固液比及NH4Cl溶液的初始浓度等的增加能提高钙、镁离子的浸出率;废渣中钙离子浸出反应的优化工艺条件为:浸出剂为NH4Cl、微波功率P=385W、固液比为1∶20、浸出剂初始浓度C=2mol/L、初始体积V=400ml、机械搅拌速度为300rpm;在碳酸化过程中,CO2流量、搅拌速率、氨水添加量以及水浴温度的增大,都将有利于碳酸化速度的提高。浸出液碳酸化速率较快,在添加适量氨水的条件下,钙的收得率在30min内能达到95%及以上。
[硕士论文] 李玲
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:炼钢-连铸生产过程是现代钢铁企业的核心工序,多品种、小批量、复杂工艺路线炼钢-连铸生产已成为钢铁企业生产常态,针对多缓冲、多并行机、多工艺路线的炼钢-连铸生产调度问题,研究高效稳定的生产调度优化方法,能有效保证生产节奏的连续性和稳定性,提高钢铁企业的生产效率和节能降耗的潜力,并进一步提升其竞争力。
  针对包含多工艺路线、多并行机和有限缓冲单元的炼钢-连铸生产调度问题,首先采用连续时间表示法建立了以最小化最大完工时间为目标的混合整数线性规划优化模型;然后提出一种增加自学习阶段的改进教与学优化算法对该问题进行求解。
  对改进教与学优化算法,采用了随机键的编码方式和两阶段解码方法,有效保证了解空间的多样性;对具有有限缓冲约束的生产调度问题,针对有限缓冲不满足的情况,提出了基于最小移动距离的有限缓冲消解机制,并将其用于解码过程中。
  针对单一工艺路线和复杂工艺路线生产调度问题,采用上述解码方式,均得到了较好的效果,体现了该解码方法的通用性。
  最后,针对包含不同处理能力并行机的多工艺路线炼钢-连铸生产问题,根据实际生产数据,产生多组不同规模的案例,设计了对比实验,通过均值和最好解的比较,充分体现了改进教与学算法的有效性和优越性。
[硕士论文] 张晓锟
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:60Si2Mn弹簧钢是我国使用最广泛的弹簧钢种,减少钢液中的夹杂物或对夹杂物进行变性处理,使夹杂物变成对钢材危害较小的可塑性夹杂物,是提高弹簧钢疲劳性能的重要途径。本文利用FactSage7.0软件对60Si2Mn钢与CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣之间的平衡反应热力学进行计算,对精炼渣成分和钢液中[O]、[Al]、[Ca]、[Mg]平衡关系进行分析,同时对钢液中可能析出的夹杂物进行热力学计算,并通过渣-钢平衡实验进行验证。结果表明:
  将CaO-SiO2-Al2O3-MgO中的w(SiO2)控制在30%以下,w(CaO)/w(Al2O3)比控制在1.2~2.0之间,可以将溶解氧含量控制在10ppm以下;钢样中等圆直径小于10μm的夹杂物控制在87%以上,而小于4μm的夹杂物在50%以上;钢液中Al2O3夹杂会变性成3Al2O3-2SiO2,但难以进一步转变成低熔点夹杂物CaO-Al2O3-2SiO2,主要原因是精炼渣中还原出来的[Ca]不足以使Al2O3完全变性,须采用向钢液喂钙线等手段来提高钢液中[Ca]含量,另外,热力学计算表明[Ca]含量的控制与钢液中[O]、[Al]含量有关。
  另外,为了更深入研究和揭示熔渣吸收夹杂物的机理,本研究还对熔渣的理化性能及界面特性进行了实验分析,同时采用卧底法研究了熔渣与弹簧钢之间的润湿效应。熔渣中w(CaO)/w(Al2O3)的升高和w(SiO2)/%的降低对熔渣粘度的降低均起着促进作用,但当熔渣中w(SiO2)/%降低到一定程度时,效果不甚明显。比较渣-钢界面张力与钢中T.[O]的关系发现,渣-钢界面张力越大,钢液中的T.[O]越小。
[硕士论文] 林强
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着压力容器应用领域向高压、高温、大容量等方向发展,压力容器钢的质量要求越来越高,提高探伤合格率是确保其内部质量主要措施。国内容器钢生产企业针对提高探伤合格率开展了大量研究,结果表明,钢板探伤不合的主要原因是铸坯中Al2O3夹杂物经轧制发展形成线状缺陷。本文针对国内某炼钢厂12MnNiVR容器钢板探伤不合格问题,采用扫描电镜分析容器钢板探伤不合试样,研究容器钢RH精炼和连铸过程各工序钢液全氧含量、夹杂物数量、粒径分布、形貌和组成,弄清容器钢板探伤不合原因。针对容器钢RH精炼过程,应用热力学软件Factsage计算了顶渣液相区和钢渣平衡关系,优化顶渣成分,同时计算了Ca、O、Al元素对夹杂物生成的影响,优化Ca处理工艺,并进行高温实验验证。
  本研究主要内容包括:⑴RH精炼过程吹氧升温和连铸过程钢液二次氧化易造成Al2O3夹杂物超标;应控制RH精炼升温吹氧量,保证RH循环时间,加强保护浇注,规范开浇、换包操作。⑵优化的顶渣成分为CaO35~50%,Al2O330~40%,MnO0~10%,SiO20~10%,优化后的顶渣处于液相区,有利于吸收夹杂物。同时,钢中平衡的Al含量为300~500ppm,O含量为10ppm以下。⑶当钙含量在某一区间变化时,钢中容易形成液态夹杂物3CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3和CaO· Al2O3,且这个区间随着氧含量而变化,通过数学分析得到区间为1.585[O]1.1≤[Ca]≤0.571[O]0.933。
[硕士论文] 蒋学凯
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:针对目前转炉煤气热值低、回收量小且CO2排放量大等问题,课题组提出了转炉高温烟气喷吹煤粉制备高品质煤气的新方法。在原有转炉煤气净化回收系统上增设简易的煤粉喷吹装置将煤粉输入汽化冷却烟道,利用高温烟气中有害的CO2成分及具有催化作用的大量烟尘实现CO2催化转化。
  本文运用热力学理论对煤粉与转炉烟气、烟尘可能发生的反应进行计算分析,通过沉降炉实验研究反应温度、烟气成分和煤焦粒径对煤焦CO2气化的影响。以FeO、Fe2O3和CaO模拟转炉烟尘,通过沉降炉、热重分析仪研究烟尘对煤焦CO2气化的催化作用。并通过工业试验验证新工艺的实际效果。
  研究表明:煤粉在汽化冷却烟道内能热解产生大量气体,其中H2和CO的产量随着温度的升高而升高,而CH4和CO2的产量,随着温度的升高而减少。煤焦在转炉汽化冷却烟道中先与烟气中的O2反应生成CO,再与CO2反应生成CO;提高烟气温度,增加CO2含量以及减小煤焦粒径都有利于煤焦CO2气化反应的进行,其中温度的影响最大。FeO、Fe2O3、 CaO和三种共同作用的复合催化剂都对煤焦CO2气化具有催化作用,它们分别使气化反应开始温度Tk降低了38℃、46℃、45℃和58℃,结束温度Tj分别降低了75℃、111℃、132℃和116℃,活化能分别减低了18.18 kJ/mol、28.612 kJ/mol、17.492 kJ/mol和26.275 kJ/mol。FeO和Fe2O3的催化效果主要体现在促进煤焦CO2气化,使更多的CO2转化为CO,其中FeO的催化性能略大于Fe2O3;而CaO的催化性能主要体现在促使煤粉裂解时产生更多H2和CH4。工业试验表明,新工艺能延长转炉煤气回收时间,增加煤气回收量。喷粉速率从10 kg· min-1、20 kg· min-1提高到30 kg·min-1时,煤气回收时间分别增加了6.06%、9.94%和11.40%; O2和CO2分别减少了52.26%、59.79%、63.92%和22.73%、32.76%、41.19%; H2和CO含量增加了109.82%、191.07%、240.18%和22.73%、32.76%和41.19%。
[硕士论文] 黄鹤
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:结晶器钢水液位控制是钢铁企业连铸生产过程中重要环节。结晶器内液位的稳定能提升连铸生产产量,改善铸坯表面质量,降低安全事故的发生。因此,结晶器钢水液位的稳定性研究已经成为连铸生产控制中重要的一部分。
  针对PID控制和其它智能控制存在的补偿滞后现象,本文提出了一种新型的液位控制系统。其工作机理是:检测装置测量出预测周期内的液位变化量和变化速度,由此速度推算出整个控制周期内的液位总变化量,并在随后的补偿周期内做出全额补偿。此预测控制思想贯穿连铸整个生产过程。本预测控制方法是一种半主动控制模式:在液位干扰还未完全形成时,补偿装置已经开始执行补偿动作。机理上可实现液位的鲁棒控制。
  本文的主要研究内容如下:
  (1)本文提出了一种半主动的预测控制法,该控制方法能在干扰还未完全形成之前就执行液位预测补偿,较好地解决一般控制方法存在的补偿滞后问题。
  (2)根据射线检测理论和预测控制法,分别推导出预测周期内补偿速度及补偿周期的数学表达式,同时设计了补偿机构的液压控制系统。
  (3)采用全开闭模式对预控补偿方法开展分析。以正弦干扰为例,推算出经预测控制法补偿后的液位曲线,并进行补偿效果分析。经结果对比表明:液位波动强度降低了80.8%。
  (4)进一步考虑液压系统的响应速度进行预控补偿分析。首先对液压控制系统进行动态仿真,得出活塞杆稳态移速。其次对补偿位置进行细分并建立相应的液位变化表,结合预测控制法计算出补偿后的液位曲线。然后将设定的干扰曲线与补偿曲线对比,验证了本预测控制法具有较好地补偿性能:液位波动强度降低了37.8%。最后分析补偿曲线出现波动的原因,并提出降低液位补偿误差的途径。
[硕士论文] 李洋
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:中间包内采用合理的控流装置有利于延长钢液在中间包内的停留时间,减少死区体积,改善中间包内钢液流场的合理性,促进钢液中非金属夹杂物的去除。本文以某钢铁厂30t单流板坯连铸中间包为研究对象,采用物理模拟与数值模拟相结合的研究方法,分析了各种控流参数对钢液在中间包内停留时间和流场的影响规律,为采用底吹氩中间包内各控流装置结构与布置的优化提供理论及实验依据。
  本研究主要内容包括:⑴随挡墙与挡坝间距的增大,挡坝对钢液流股的抬升作用减弱;挡墙与挡坝间距较小和挡坝高度的增加,会使挡坝对钢液流股的抬升作用过强。三者均不利于形成有效的中间包表面流。⑵挡坝导流孔倾角的增大会使流出导流孔的钢液形成上升流股,对流过挡坝的钢液产生托升作用,有利于延长钢液在中间包内的流动轨迹,增加其停留时间。⑶采用中间包底吹氩时,气量太小,对钢液流动状态影响较小,不利于夹杂物上浮;气量太大,气幕两侧回流区越剧烈,对中间包液面的冲击越大,容易造成钢液裸露甚至卷渣。⑷本研究条件下,中间包内最佳的吹氩控流参数为:挡墙、挡坝间距450mm,挡坝距浸入式水口处的距离1160mm,挡坝高度280mm,挡坝导流孔倾角30°,透气条安装在中间包底部台阶下,吹入氩气量在20.84-31.26L/min之间。
[硕士论文] 柏慧
化学 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:作为不锈钢的重要添加剂,金属锰对国民工业经济具有重要意义。金属锰主要通过湿法电解生产,但是生产过程能耗高、副产物多。在工业上,电解过程是在高浓度、高电流密度和敞开流动条件下进行的,远离平衡态。前期研究发现,电解过程中存在电化学振荡和分形生长等非线性现象。这些非线性现象会伴随额外的电解能耗。通过对其非线性动力学机制的研究,有望开发出节能电解新技术。
  电解金属锰过程中金属锰主要是在阴极还原生成,但是阳极过程在整体电解能耗中同样占非常大比例,并且阳极过程在以往的研究关注较少。本文着重关注电解锰阳极非线性动力学机制,研究首先考察了恒流条件下的阳极电化学振荡行为,分析频率、振幅等与外控因素的关系;然后,利用线性不稳定性分析等数学方法建立了恒流条件下的阳极动力学方程组,探讨了恒流条件下电势振荡产生的原因及阈值范围;最后,研究了脉冲电解条件对电化学振荡行为的影响,尝试为新型电解技术研发提供新的思路。
  本论文的主要研究内容包括:
  ①研究考察了恒流条件下的阳极电化学振荡行为。结果发现,引发电化学振荡产生的主要原因是阳极表面δ-MnO2的自催化作用;不同材料阳极均可以产生明显的振荡,其频率、振幅等与电解电压、锰离子浓度、温度、pH值等因素密切相关。恒流电解条件下的电势振荡可以导致电解能耗的降低,其振荡部分的能耗可以占到整体电解能耗的11.57%。通过调节恒流条件下的阳极电势振荡,有望进一步降低电解体系的非欧姆效应功率消耗。
  ②研究建立了恒流条件下的阳极动力学方程组,探讨了电势振荡产生的原因及阈值范围。结果发现,恒流条件下动力学速率参数会随电势的波动而变化,从而导致非线性动力学微分方程组与恒压条件不同;结合线性不稳定性分析及Matlab运算,探讨了方程组解的不稳定性与振荡行为的理论关联,给出了阳极振荡的阈值范围;模拟所得电势-时间振荡曲线与实验数据相符,证明了机理的合理性,从而为指导振荡机制的动力学调控提供了定量分析的基础。
  ③研究考察了外控脉冲电流电解条件对电化学自振荡的影响。结果发现,外控脉冲的平均电流密度、波动周期对阳极电化学自振荡有显著的影响;在单个电流脉冲的关断时间段内,阳极分别在1.0 V和0.4 V时出现两个放电平台,关断时间过长会导致电势落入第二个放电平台,此时阳极表面活性中间体浓度发生变化,自振荡恢复时间延长。相关研究对理解脉冲电解参数的设定及优化提供了理论基础。
  本研究丰富了对电解锰过程阳极非线性行为的认识,有助于为开拓高效电解方式提供新思路。
[硕士论文] 贾成橙
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:高铝硅钢作为一种电工钢应用广泛,其具有高铝、高硅、超低碳的特点。国内外的研究表明,高铝硅钢连铸中的关键问题在于保护渣中的(SiO2)与钢液中的[Al]在界面发生反应导致保护渣和钢液成分的改变,对于保护渣来说,保护渣的碱度增大,同时生成的大量Al2O3进入保护渣,这使得保护渣的理化性能与冶金作用发生巨大变化。其中熔渣的表(界)面张力会发生突变,导致保护渣与铸坯的润湿性不稳定,而超低碳钢连铸过程中易发生的凝固沟夹渣及卷渣等现象又受控于渣钢界面润湿性。本文针对高铝硅钢连铸过程中保护渣界面性质与保护渣成分变化的关系进行了探究,这为高铝硅钢保护渣成分选择提供了理论指导。然而目前测定熔渣界面性质的方法如座滴法等,操作复杂,测试周期长,不能满足系统性研究的需求,由此,开发高效简便的保护渣界面性质测定方法是十分必要的。本文基于高温激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)和DHTT热丝法确定了渣钢润湿性的测定与表征方法。在建立了渣钢润湿性的研究方法的基础上,研究了CaO-SiO2系保护渣在发生钢渣界面反应后转变为CaO-SiO2-Al2O3渣系这一过程中界面性质的变化。
  本研究主要内容包括:⑴确定了保护渣界面性质的研究方法。开发出基于CLSM法与DHTT热丝法的渣钢接触角测定方法,通过与座滴法、文献测定结果对比,测试偏差范围为0-2°。由渣钢接触角与熔渣的表面张力可以得到熔融保护渣在固态钢上的铺展系数S,以铺展系数来表征熔渣与固态钢润湿性,铺展系数越大,渣钢润湿性越强。⑵基于CLSM法对高铝硅钢保护渣与固态钢润湿性进行研究。得到以下结论:温度的升高使得熔渣在钢基底上的接触角减小,铺展系数提高,渣钢润湿性增强。温度升高导致的离子间距增大对熔渣与钢的润湿性起了决定作用。CaO/SiO2比的提高,对渣钢润湿性起到了阻碍作用。CaO/SiO2比升高后,带入的O2-解聚硅氧阴离子团,生成结构简单、静电势更高的阴离子单元,这增大了熔渣表面张力,渣钢的润湿性降低。随着Al2O3/SiO2比的升高,渣钢接触角增大,铺展系数减小,渣钢更易分离。这是因为一部分Al代替Si更多的参与到网络结构的形成,另一部分以网络外体Al3+形式存在于熔渣内,静电势较高的Al3+与表层的阴离子相互作用力较大,宏观表现为渣钢润湿性降低。渣样中熔剂F-等质量替代Na2O后,熔渣与固态钢的润湿性略有提高,但并不明显。推测认为,一方面虽然F-静电势低于O2-会提高渣钢润湿性,但渣中部分F-会参与Al的配位形成[AlO3F],使得产生的变化不明显,另一方面静电势较低的Na+可以降低熔渣表面张力,其含量的减少对渣钢润湿性的提高有抑制作用。
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